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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Campus de Rio Claro
ANÁLISE DAS VIBRAÇÕES RESULTANTES DO DESMONTE DE
ROCHA EM MINERAÇÃO DE CALCÁRIO E ARGILITO
POSICIONADA JUNTO À ÁREA URBANA DE LIMEIRA (SP) E SUA
APLICAÇÃO PARA A MINIMIZAÇÃO DE IMPACTOS AMBIENTAIS
Caetano Dallora Neto
Orientadora: Profa. Dra. Gilda Carneiro Ferreira
Dissertação de Mestrado elaborada junto ao
Programa de Pós-Graduação em Geociências – Área
de Concentração em Geociências e Meio Ambiente,
para obtenção do título de Mestre em Geociências.
Rio Claro (SP)
2004
550 Dallora Neto, Caetano D148a Análise das vibrações resultantes do desmonte de rocha em
mineração de calcário e argilito posicionada junto à área urbana de Limeira (SP) / Caetano Dallora Neto. – Rio Claro : [s.n.], 2004
82 f. : il., gráfs., tabs. Dissertação (mestrado) – Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geociências e Ciências Exatas Orientador: Gilda Carneiro Ferreira 1. Geologia – Aspectos ambientais. 2. Tempo de retardo. I.
Titulo.
Ficha Catalográfica elaborada pela STATI – Biblioteca da UNESP Campus de Rio Claro/SP
Comissão Examinadora
Profa. Dra. Gilda Carneiro Ferreira (orientadora)
Prof. Dr. Elias Carneiro Daitx
Prof. Dr. Valdir Costa e Silva
Caetano Dallora Neto
- aluno -
Rio Claro, 26 de novembro de 2004
Resultado:
À Maria
e às nossas crianças.
Sempre serão.
AGRADECIMENTOS
A realização deste trabalho foi possível a partir da colaboração direta de:
Alan de Oliveira, IGCE, UNESP.
Ana Carolina Salles Scarpari, IGCE, UNESP.
Antoninho Pedro, Abílio Pedro Ind. e Com. Ltda., Limeira, SP.
Carlos de Almeida Nóbrega, IGCE, UNESP.
Antonio Cezário Porta Junior, IGCE, UNESP.
Elâine Brigatto, IGCE, UNESP.
Elias Carneiro Daitx, IGCE, UNESP.
Francisco Manuel Garcia Barrera, IGCE, UNESP.
Gilberto M. de Souza Rodriguez, Master Demolições e Comércio Ltda., Jardinópolis, SP.
João Carlos Dourado, IGCE, UNESP.
Rubens César dos Santos, Constroeste Ind. e Comércio Ltda., Guará. SP.
Sérgio Barbosa de Couto, Abílio Pedro Ind. e Com. Ltda., Limeira, SP.
A quem manifesto o reconhecimento pela sua contribuição.
Deve ser debitada a responsabilidade por este cometimento à Profa. Dra. Gilda Carneiro
Ferreira, amiga e orientadora.
S U M Á R I O
Índice............................................................................................................................................ i
Índice de Tabelas..........................................................................................................................iii
Índice de Figuras ..........................................................................................................................iv
Resumo ........................................................................................................................................vi
Abstract ......................................................................................................................................vii
1 – Generalidades......................................................................................................................... 1
2 – Impactos ambientais associados a desmontes de rochas com explosivos .................................. 5
3 – Vibrações no terreno decorrentes de desmontes de rochas com explosivos............................ 10
4 – Impactos ambientais das vibrações propagadas pelo terreno e formas de mitigação................ 33
5 – Área de estudo..................................................................................................................... 42
6 – Análise e interpretação dos dados ......................................................................................... 52
7 – Determinação dos tempos de retardo ....................................................................................61
8 – Conclusões........................................................................................................................... 75
9 – Referências Bibliográficas...................................................................................................... 79
Anexos
i
Índice
1 – Generalidades........................................................................................................................ 1
1.1 – Introdução ................................................................................................................... 1
1.2 – Objetivos ..................................................................................................................... 2
1.3 - Localização da área de estudo ..................................................................................... 2
1.4 – Materiais e métodos .................................................................................................... 3
2 - Impactos ambientais associados a desmontes de rochas com explosivos ............................. 5
2.1 - Poeiras e gases tóxicos................................................................................................. 5
2.2 – Ultralançamentos ........................................................................................................ 6
2.3 - Danos ao maciço remanescente................................................................................... 6
2.4 - Ruído e sobrepressão atmosférica ............................................................................... 6
2.5 - Vibrações propagadas pelo terreno.............................................................................. 8
3 – Vibrações no terreno decorrentes de desmontes de rocha com explosivos ........................ 10
3.1 – Conceitos básicos utilizados no estudo de vibrações................................................ 10
3.1.1 – Elasticidade................................................................................................... 10
3.1.2 - Propagação de ondas elásticas ...................................................................... 13
3.1.3 - Partição de energia em uma interface ........................................................... 16
3.1.4 – Mecanismos de atenuação ........................................................................... 19
3.1.5 – Vibrações...................................................................................................... 21
3.2 - Desmonte de rochas com explosivos......................................................................... 22
3.2.1 - Plano de fogo................................................................................................. 23
3.2.2 - Explosivos e acessórios de detonação........................................................... 26
a – Explosivos............................................................................................... 26
b - Acessórios de detonação ......................................................................... 27
3.2.3 - Mecanismos de fragmentação ....................................................................... 28
3.2.4 - Rendimento energético.................................................................................. 31
4 – Impactos ambientais das vibrações propagadas pelo terreno e formas de mitigação ......... 33
4.1 – Danos associados a vibrações.......................................................................... 33
4.2 - Reações humanas às vibrações ......................................................................... 35
4.3 - Redução das vibrações que se propagam pelo terreno ..................................... 36
4.4 - Obtenção de equação de atenuação.................................................................. 38
ii
5 - Área de estudo ..................................................................................................................... 42
5.1 - Atividades de lavra e beneficiamento........................................................................ 42
5.2 – Monitoramento sismográfico .................................................................................... 44
5.2.1. Equipamentos utilizados .................................................................................. 44
5.2.2. Dados obtidos................................................................................................... 45
5.2.2.1. Dados obtidos na primeira etapa de monitoramento............................ 45
5.2.2.2. Dados obtidos na segunda etapa de monitoramento ........................... 49
6 - Análise e interpretação dos dados........................................................................................ 52
7 - Determinação dos tempos de retardo....................................................................................61
8 – Conclusões .......................................................................................................................... 75
9 - Referências bibliográficas ................................................................................................... 79
Anexo I – Mapa de Localização das Detonações e Pontos de Monitoramento Sismográfico
Anexo II – Planos de Fogo
Anexo III – Sismogramas - Planos de fogo
Anexo IV – Sismogramas - Tempos de retardo
iii
Índice de Tabelas
Tabela 4.1.1 – Critério para avaliação do risco de danos e edificações proposto porLangefors e Kihlström (1978)................................................................................33
Tabela 4.1.2 – Critério para a avaliação de danos e edificações proposto por Siskind et al. (1980) .............................................................................................34
Tabela 5.2.2.1.1 – Planos de fogo monitorados no período de 17/12/99 a 08/12/00............................47
Tabela 5.2.2.1.2 – Registros obtidos no período 17/12/99 a 08/12/00 ...............................................48
Tabela 5.2.2.2.1 – Planos de fogo monitorados no período de 24/04 a 25/11/03 ................................50
Tabela 5.2.2.2.2 – Registros obtidos no período 24/04 a 25/11/03 ....................................................51
Tabela 7.1 – Tempos de retardo - solo (janeiro de 2004).......................................................................64
Tabela 7.2 – Tempos de retardo - basalto (junho de 2004)....................................................................69
iv
Índice de Figuras
Figura 6.1 - Registros obtidos na primeira etapa de monitoramentos e equações deatenuação e de máxima energia........................................................................ 53
Figura 6.2 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos................................... 54
Figura 6.3 - Registros obtidos em residência situada na rua 16 n.º 35, na primeira esegunda etapas de monitoramento.................................................................... 54
Figura 6.4 - Registros obtidos no escritório da empresa na primeira e segunda etapas de monitoramento............................................................................................ 55
Figura 6.5 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos, agrupados segundo características dos planos de fogo...................................................... 57
Figura 6.6 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos, agrupadossegundo características dos planos de fogo, em escala bilogarítmica............... 57
Figura 6.7 - Registros obtidos na primeira etapa de monitoramentos, agrupadossegundo características dos planos de fogo....................................................... 58
Figura 6.8 - Registros obtidos na primeira etapa de monitoramentos, agrupadossegundo características dos planos de fogo, em escala bilogarítmica............... 58
Figura 6.9 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos e equação demáxima energia desenvolvida a partir dos registros provenientes daprimeira............................................................................................................. 59
Figura 6.10 - Registros das duas etapas de monitoramento e equações 6.2 e 6.4.................. 60
Figura 7.1 – Esquema de montagem do experimento........................................................... 62
Figura 7.2- Esquema de montagem dos conjuntos espoleta/estopim e não elétrico deretardo............................................................................................................... 63
Figura 7.3.a - Registros obtidos na componente transversal; eventos monitorados em22/01/04 a partir de conjuntos compostos por espoleta simples e deretardo de 25 ms................................................................................................ 65
Figura 7.3.b - Registros obtidos na componente vertical; eventos monitorados em22/01/04 a partir de conjunto composto por espoleta simples e deretardo de 25 ms................................................................................................
65
Figura 7.3.c - Registros obtidos na componente longitudinal; eventos monitorados em22/01/04 a partir de conjuntos compostos por espoleta simples e de retardode 25 ms............................................................................................................ 65
Figura 7.4.a - Registros obtidos na componente transversal; eventos monitorados em22/01/04 a partir de espoleta simples 8............................................................. 66
v
Figura 7.4.b - Registros obtidos na componente vertical; eventos monitorados em 22/01/04 a partir de espoleta simples n.º 8....................................................... 66
Figura 7.4.c - Registros obtidos na componente longitudinal; eventos monitorados em22/01/04 a partir de espoleta simples n.º 8........................................................ 66
Figura 7.5.a - Registros obtidos na componente transversal; eventos monitorados em22/01/04 e representação do sinal "ter 25 ms" deconvoluido do sinal"espoleta 2"....................................................................................................... 67
Figura 7.5.b - Registros obtidos na componente vertical; eventos monitorados em22/01/04 e representação do sinal "ter 25 ms" deconvoluido do sinal"espoleta 2"....................................................................................................... 67
Figura 7.5.c - Registros obtidos na componente longitudinal; eventos monitorados em22/01/04 e representação do sinal "ter 25 ms" deconvoluido do sinal"espoleta 2"....................................................................................................... 67
Figura 7.6.a - Comparativo entre os registros 17:31, de 08/06 e 17:05, de 19/06/04, nacomponente vertical, a partir de retardos com tempos nominais de 17 ms.Os valores observados foram de 16,8 ms.......................................................... 71
Figura 7.6.b - Comparativo entre os registros 17:05 e 17:12, de 19/06/04, na componentevertical, a partir de retardos com tempos nominais de 17 ms. Os valoresobservados foram de 16,8 ms e 13,2 ms, respectivamente............................... 71
Figura 7.7.a - Comparativo entre os registros 17:20 e 17:24, de 19/06/04, na componentevertical, a partir de retardos com tempos nominais de 25 ms. Os valoresobservados foram de 25,4 ms............................................................................ 72
Figura 7.7.b - Comparativo entre os registros 17:36 e 18:13, de 08/06/04, na componentevertical, a partir de retardos com tempos nominais de 25 ms. Os valoresobservados foram de 22,9 ms e 29,3 ms, respectivamente............................... 72
Figura 7.8.a - Comparativo entre os registros 17:41 e 18:21, de 08/06/04, na componentevertical, a partir de retardos com tempos nominais de 250 ms. Os valoresobservados foram de 251,4 ms e 250,9 ms, respectivamente........................... 73
Figura 7.8.b - Detalhe da figura 7.8.a...................................................................................... 73
Figura 7.8.c - Detalhe da figura 7.8.a...................................................................................... 73
Figura 7.9.a - Comparativo entre os registros 18:04, 18:17 e 18:22, de 19/06/04, nacomponente vertical, a partir de retardos com tempos nominais de 250 ms.Os valores observados foram de 260,3 ms, 241,7 ms e 250,5 ms,respectivamente................................................................................................. 74
Figura 7.9.b - Detalhe da figura 7.9.a...................................................................................... 74
Figura 7.9 .c - Detalhe da figura 7.9.a...................................................................................... 74
Figura 8.1 - Ábaco distância versus carga máxima por espera................................. 78
vi
RESUMO
Neste estudo foi realizado o monitoramento das vibrações geradas por explosivos
em uma lavra de calcário e argilito localizada no município de Limeira (SP), com o
objetivo de desenvolver equação probabilística de atenuação de vibração e verificação da
existência de variação nos níveis de vibração gerados pelo desmonte em diferentes níveis
litológicos e estratigráficos. Os registros da velocidade de vibração de partícula e sua
freqüência foram medidos utilizando-se sismógrafos de engenharia, concentrando-se em
área localizada a 300 metros a sudoeste do empreendimento mineiro, no Bairro Belinha
Ometto. Os trabalhos foram realizados em duas etapas, na primeira foi gerada uma equação
probabilística que foi utilizada pela empresa e reduziu os incômodos causados à população
pelas operações de detonação. Os valores obtidos na etapa seguinte indicam ser o principal
fator na dispersão das velocidades de partícula os desvios nos tempos nominais de retardo
dos acessórios de detonação utilizados, tendo como imprópria a elaboração de planos de
fogo que contemplem intervalos de tempo nominais entre a detonação de minas ou grupo
de minas menores que 25 milisegundos quando da utilização de acessórios de iniciação da
coluna de explosivos dotados de tempo de retardo superior a 200 milisegundos.
Palavras-chave: desmonte de rochas; vibrações; tempo de retardo.
vii
ABSTRACT
This study performs a ground vibrations monitoring generated by blasting in a
calcareous and clay quarry at Limeira city (SP). The main objective is develop a ground
vibration attenuation probabilistic equation and verify the existence of vibration levels
variation due to the blasting in different lithological and stratigraphical quarry levels.
Peak particle registrations and frequency were mesured through engineering
seismographs in an area named Bairro Belinha Ometto located 300 meters southwest
from the mining site. The data acquisition had been carried through two stages, the first
a probabilistic equation used for the company was applied and it reduced the local
population disturbs caused by the blasting procedures operations. In the next stage, the
obtained values indicate that the deviation in the nominal time delay derived from
blasting accessories are the main factor in the dispersion of the resultant particle being
therefore improper blasting plans applied in a quarry or a group of them projected with
nominal intervals lesser than 25 miliseconds by using in the initiation an explosives
column accessories endowed with a delay time superior than 200 miliseconds.
Keywords: blasting, ground vibration, ms delay.
1 – Generalidades
1.1 - Introdução
A coexistência entre empreendimentos produtivos e núcleos habitacionais próximos a eles
nem sempre se dá de forma pacífica. Fruto, na maioria das vezes, de fundadas razões decorrentes
de ações poluidoras originadas em tais empreendimentos, a animosidade entre a comunidade e o
empreendimento decorre, em outras vezes, de restrições dos moradores à sua existência na
proximidade de suas residências - síndrome de NIMBY.
Com as atividades minerárias a situação não se dá de forma diferente. Instalando-se
próximas a núcleos urbanos existentes, ou atuando como pólo de atração de novos núcleos que se
formam em seu entorno, valendo-se da infra-estrutura viária e energética criada pela sua
implantação, criam-se condições mínimas necessárias para o confronto. Agravadas pela sua rigidez
locacional, a continuidade de suas atividades sujeita-se ao cumprimento de normas que foram e vêm
sendo criadas, estabelecendo condições de conforto e segurança para habitantes e edificações
existentes em suas vizinhanças.
Empregam-se operações de desmonte de rocha com utilização de explosivos em
minerações e obras civis, quando outros métodos de escavação são impraticáveis ou
antieconômicos. Envolvendo riscos consideráveis, por vezes com conseqüências fatais, associados
ao lançamento de fragmentos, tais operações geram vibrações, transmitidas pelo terreno ou através
da atmosfera, causando incômodos e, em alguns casos, danos a edificações.
No presente estudo serão enfocadas questões relacionadas a vibrações transmitidas pelo
terreno, provocadas pelo desmonte de rochas com uso de explosivos em mineração produtora de
calcário e argilito situada no município de Limeira, SP, e a seus efeitos sobre os habitantes e
edificações existentes em conjunto habitacional situado em sua proximidade, adotando-se como
referência limites estabelecidos em norma técnica ou adotados como recomendação.
A partir de considerações teóricas básicas necessárias à compreensão do fenômeno, que
envolvem conceitos de elasticidade, propagação de ondas, desmonte de rochas, mecanismos de
detonação, impactos ambientais associados e variáveis que atuam na atenuação das vibrações
geradas, descreve-se o método de obtenção de uma equação probabilística de atenuação para o
local.
2
Obtida a partir de dados constantes em registros sismográficos e dos parâmetros dos
planos de fogo a eles vinculados, tal equação correlaciona níveis de vibração, por meio da grandeza
velocidade de partícula, com a carga de explosivos e distância entre o local da detonação e o ponto
de interesse.
Ao possibilitar a previsão dos níveis de vibração a serem atingidos nos pontos considerados
sensíveis a partir da carga máxima de explosivos a ser detonada instantaneamente em determinado
local da área de lavra, permite adequações ao plano de fogo, dentro de critérios técnicos e
econômicos, de modo a serem respeitadas as normas vigentes. Essa equação servirá, portanto,
como referencial à adoção de medidas preventivas tanto no que se refere à manutenção da
integridade física das edificações existentes em conjunto habitacional próximo como à redução dos
incômodos causados à população por tais operações.
1.2 - Objetivos
Os objetivos deste estudo podem ser sintetizados em:
- desenvolvimento de equação probabilística de atenuação de vibração a partir de registros
provenientes de monitoramentos sismográficos de eventos de desmonte de rocha realizados no
local, no período de 17 de dezembro de 1999 a 08 de dezembro de 2000.
- verificação da efetividade de tal equação de atenuação, por meio de novos monitoramentos
sismográficos, realizados no período de 24 de abril a 25 de novembro de 2003, considerando os
limites impostos pelo órgão ambiental estadual - Cia. de Tecnologia de Saneamento Ambiental.
- verificação da existência de variações nos níveis de vibração gerados pelo desmonte em diferentes
níveis litológicos e estratigráficos.
1.3 - Localização da área de estudo
A área de estudo abrange uma mineração de calcário e argilito denominada Calcário
Cruzeiro, de propriedade de Abílio Pedro Indústria e Comércio Ltda., localizada na estrada
municipal Limeira 040, quilômetro 03, e o bairro Belinha Ometto, situado a aproximadamente 300
m a sudoeste do empreendimento, no município de Limeira (SP).
3
1.4 – Materiais e métodos
a) Revisão bibliográfica
Essa etapa norteou as etapas subseqüentes da pesquisa, propiciando acesso às bases
teóricas que versam sobre o tema e a estudos similares desenvolvidos.
b) Representação gráfica da área de estudo
Resultou na elaboração de planta com representação planialtimétrica do local da pesquisa,
englobando a área de lavra e aquela onde está situado o conjunto habitacional, o que possibilitou o
posicionamento dos locais onde foram realizadas as detonações e dos pontos onde foram obtidos
os registros dos monitoramentos sismográficos.
c) Caracterização geológica
Nessa etapa procedeu-se à descrição dos aspectos geológicos locais, englobando
litologias existentes, visando análise de possível interferência de fatores geológicos na propagação
das perturbações decorrentes das detonações.
d) Monitoramento sismográfico
Os registros das vibrações geradas nas operações de desmonte de rochas com a utilização
de explosivos desenvolvidas no empreendimento foram obtidos com a utilização de sismógrafos de
engenharia fabricados pela empresa canadense Instantel Inc., modelos BlastMate Series III e
MiniMate Plus, de propriedade do Departamento de Geologia Aplicada do IGCE/UNESP.
Provenientes de monitoramentos sismográficos realizados em dois períodos distintos, os
registros obtidos no primeiro deram-se, na área habitada, a partir de locais de onde provinham mais
insistentes reclamações, complementados por outros em área de propriedade da empresa, com a
obtenção de dados que possibilitassem o desenvolvimento de equações probabílisticas de
atenuação.
Na segundo, com o objetivo de reduzir o número de variáveis envolvidas, foram fixados
três pontos para monitoramento, em locais considerados mais críticos, sendo um o escritório da
empresa, e dois outros na região limítrofe entre o bairro Belinha Ometto e a área da mineração,
também em locais de onde provinham as mais freqüentes reclamações por parte de habitantes do
conjunto habitacional.
4
e) Análise e interpretação dos dados obtidos
Nessa etapa os dados obtidos através dos registros sismográficos foram agrupados com
aqueles constantes dos planos de fogo praticados nos eventos que os originaram (carga por espera,
retardos, forma de ligação, etc...) e com as distâncias entre as frentes detonadas e os pontos de
monitoramento.
A partir daí encaminhou-se a análise em relação a outros pares ordenados de dados
(velocidade de partícula e distância escalonada) e em relação à equação probabilística de atenuação
obtida com os dados de monitoramentos anteriores.
5
2 - Impactos ambientais associados a desmontes de rochas com explosivos
Os principais impactos ambientais decorrentes de desmontes de rochas com
explosivos estão associados à dissipação da fração de energia liberada pelo explosivo na detonação
que não é transformada em trabalho útil. Tal fração de energia dissipa-se, em sua maior parte,
através do maciço circundante sob a forma de vibrações, e da atmosfera sob a forma de
sobrepressão atmosférica. Gera, complementarmente, poeira, podendo ainda ocasionar danos ao
maciço remanescente e ultralançamentos. Outro efeito indesejável na detonação é a geração de
gases tóxicos. Eston (1998) cita ainda como efeitos deletérios relacionados aos desmontes de rocha
a possibilidade de contaminação de águas subterrâneas pelo escoamento de produtos químicos
contidos nos furos e incômodos visual e psicológico decorrentes da não familiaridade do cidadão
comum com a atividade.
2.1 - Poeiras e gases tóxicos
Poeira, ou material particulado em suspensão, é gerada em operações de desmonte
de rochas durante a perfuração do maciço pela ação das ferramentas de corte, aliado à limpeza do
furo com o uso de ar comprimido, e durante a detonação com a ejeção de material constituinte do
tampão e de fragmentos gerados. Equipamentos de perfuração dotados de coletores de pó ou a
realização de perfuração a úmido são medidas de contenção. Detonações em condições
atmosféricas que facilitem a dispersão da poeira minimizam seus efeitos sobre a população.
Em condições ideais os gases gerados na detonação de explosivos constituiriam-se
de vapor d'água, gás carbônico e nitrogênio, conforme mostrado pela reação de detonação de
mistura de nitrato de amônio e óleo combustível - ANFO (Gregory, 1973).
3NH4NO3 + CH2 → 7H2O + CO2 + 3 N2
Formulações inadequadas dessa mistura provocam a geração de gases sob a forma
de NOx e CO, considerados tóxicos. Dias (2001) cita ainda a possibilidade de ocorrência de gases
sob a forma de SOx decorrente da utilização de óleo combustível contendo enxofre em sua
composição. A geração de fuligem está associada ao excesso de óleo combustível.
6
2.2 – Ultralançamento
A Associação Brasileira de Normas Técnicas, em sua norma NBR 9653, define
ultralançamento como o “arremesso de fragmentos de rocha de diâmetro superior a 1000 µm além
da área de operação decorrentes do desmonte de rocha com uso de explosivos” (ABNT, 1986) .
Dele decorrem os maiores riscos pessoais e materiais passíveis de ocorrer em um
desmonte de rochas com explosivos. Sua prevenção dá-se na elaboração de um bom plano de
fogo, não sendo, entretanto, suficiente para evitá-los.
Silva et al (2000) citam as seguintes causas de ultralançamentos:
- afastamento insuficiente ou excessivo
- impróprio alinhamento dos furos
- iniciação instantânea de furos em filas consecutivas
- ocorrência de anomalias geológicas
- tampão inadequado
- ultraquebras ou fragilização da face livre, decorrentes de detonações anteriores
2.3 - Danos ao maciço remanescente
A ação do explosivo sobre o maciço remanescente ao desmonte pode ocasionar a
fragmentação e/ou deslocamento de material além da última linha de perfurações, podendo acarretar
a ocorrência de ultralançamentos em desmontes subseqüentes.
Pode ser causa também de instabilidade de taludes (Cerelo et al, 1987).
2.4 - Ruído e sobrepressão atmosférica
Definindo sobrepressão atmosférica como toda propagação de uma onda elástica
pelo ar, Eston (1998) considera ruído como a sobrepressão situada na faixa de freqüências entre 20
Hz e 20.000 Hz e considerada desagradável segundo algum critério humano. Às sobrepressões com
freqüências inferiores a 20 Hz denomina-se infra-sons; àquelas com freqüências superiores a 20.000
Hz, ultra-sons. Considera ainda conceitualmente equivocada a utilização do termo 'sopro de ar' por
avaliar que tal terminologia implica em deslocamento de matéria.
7
Sanches (1995), por sua vez, define "sobrepressão atmosférica ou sopro de ar
como um termo que se refere à propagação pelo ar de ondas de choque provenientes da detonação
de cargas explosivas".
Ambos consideram, entretanto, que as principais fontes de sobrepressão - uma vez
que definem ruído como uma sobrepressão em faixa de freqüência audível - em um desmonte de
rochas com explosivos estão relacionadas a:
- liberação de gases através de fraturas e da parte superior da coluna de explosivos, com ejeção
do tampão;
- detonação de explosivos não confinados;
- deslocamento da fração do maciço rochoso sujeita ao desmonte;
- refração das ondas sísmicas através da atmosfera.
Suas condições de dispersão dependem das condições atmosféricas existentes no
local no momento do desmonte, como direção e intensidade do vento, presença de inversões
térmicas, nebulosidade, temperatura e pressão.
Seus efeitos vão de incômodos à população vizinha a danos em edificações.
Segundo Silva et al (2000) as ações mitigadoras possíveis dão-se por meio de:
- verificação das condições meteorológicas existentes, evitando a detonação em situações
desfavoráveis;
- execução de malhas de perfuração perfeitamente demarcadas e perfuradas;
- não direcionamento da frente de detonação para o local a ser preservado;
- detonações em horário de maior ruído;
- implantação de obstáculos entre a fonte e o local a ser preservado;
- adoção do maior tampão possível e material adequado;
- recobrimento de acessórios de detonação explosivos;
- colocação de tampão intermediário em fraturas;
- redução da carga máxima de explosivo a ser detonada instantaneamente;
- adequação do tempo de retardo, fazendo t = 2.s/v, onde t - tempo de retardo, s o afastamento
em metros e v a velocidade de propagação do som em metros por segundo;
- iniciação do fogo na extremidade mais próxima do local a ser preservado;
- redução da freqüência de detonações por período produtivo através de acréscimo no número
de furos por detonação.
8
O limite de pressão acústica admitido pela ABNT é de 134 dB(L) pico no ambiente
externo à área de operação da mina, assim entendida como aquela sujeita a concessão,
licenciamento ou área de propriedade da empresa. A CETESB - Companhia de Tecnologia de
Saneamento Ambiental - recomenda, com base no projeto de norma D7.013: Mineração por
Explosivos, de 1992, limite máximo de 128 dBL linear- pico de sobrepressão do ar, medido fora
dos limites da propriedade da mineração ou da área por ela ocupada sob qualquer forma, como
posse, arrendamento, servidão, concessão, etc.
2.5 Vibrações propagadas pelo terreno
A fração da energia liberada pela detonação de cargas explosivas, transmitida ao
maciço e não absorvida na fragmentação e lançamento de sua parcela sujeita ao desmonte provoca
perturbações que se manifestam pela movimentação de suas partículas constituintes em torno de
sua posição de equilíbrio, que será tão acentuada quanto maior for a intensidade da perturbação,
dentro dos limites elásticos do meio. Essa movimentação de partículas é transmitida àquelas situadas
em seu entorno, e assim sucessivamente, causando a propagação da onda através do maciço
(princípio de Huygens).
Manifesta-se inicialmente como ondas compressivas, às quais se seguem ondas
secundárias ou cisalhantes; sua interação em interfaces com o ar gera ondas de superfície Rayleight
e Love, denominadas genericamente ondas sísmicas.
A propagação dessas ondas sísmicas é afetada, em sua intensidade, pela energia
liberada na fonte, distância percorrida, características do meio, tipo de onda, freqüência, ângulo de
incidência com interfaces entre meios distintos e descontinuidades existentes no meio.
Vibrações são, portanto, decorrentes da resposta do maciço a tais perturbações, e
são quantificadas através das grandezas deslocamento, aceleração e velocidade de partícula, assim
denominada para diferenciá-la da velocidade de propagação da onda. Dadas as características da
fonte, essas vibrações são classificadas como transientes.
São, provavelmente, a principal causa de conflitos envolvendo empreendimentos que
empregam em sua atividade produtiva o desmonte de rochas com a utilização de explosivos e sua
vizinhança.
9
Langefors e Kihlström (1978) sustentam que também deveriam ser feitas
considerações sobre como tais vibrações são entendidas, já que parte considerável desta
animosidade decorre de um falso conceito de risco de danos por parte de leigos, os quais
consideram, ainda, que o empreendimento não disponibiliza informações quando ocorre algo
desagradável.
Neste sentido, Stagg et al. (1984; in Sanches, 1995) estudaram a origem e o
processo de fissuração em residências e chegaram à conclusão de que a atividade humana e as
variações de temperatura e umidade provocam deformações em paredes equivalentes a movimentos
vibratórios de elevada amplitude.
Desde a década de 30 estudos vêm sendo realizados no sentido de estabelecer
critérios de danos e desconforto a pessoas, decorrentes de vibrações ocasionados em desmontes de
rochas por explosivos. Ainda segundo Sanches (1995), desde aquela época trabalha-se em busca
de uma relação empírica entre alguma medida de energia da vibração e a possibilidade de danos à
residência e outras estruturas existentes na cercania; de uma relação empírica entre a carga
detonada e a energia de vibração, em função da distância; limites máximos admissíveis de vibração e
de medidas economicamente viáveis a serem tomadas para evitar que as vibrações ultrapassem
esses limites máximos, além de equipamentos capazes de captar as vibrações de maneira precisa,
confiável e reproduzível.
10
3 – Vibrações no terreno decorrentes de desmontes de rochas com explosivos
3.1 – Conceitos básicos aplicados no estudo de vibrações
3.1.1 - Elasticidade
Segundo Timoshenko e Goodier (1980), se as forças externas que produzem
deformação em um corpo homogêneo e isotrópico não excederem um certo limite, a deformação
desaparece quando tais forças deixarem de atuar. A propriedade de um corpo em resistir a esta
deformação e sua capacidade para retornar à forma original irá definir sua elasticidade particular –
que será expressa por suas constantes elásticas.
A Lei de Hooke estabelece relações lineares entre as componentes de tensão e as
componentes de deformação. Imaginando-se um paralelepípedo retângulo elementar com as faces
paralelas aos eixos coordenados triortogonais, submetido à ação da tensão normal σx,
uniformemente distribuída sobre duas faces opostas, o elongamento unitário do elemento, até o
limite de proporcionalidade, é dado por:
εx = σx / E ........ (eq. 3.1.1.1)
onde E é o módulo de elasticidade longitudinal na tração ou módulo de Young.
Esse elongamento do elemento na direção x é acompanhado por componentes
laterais de deformação (contrações):
εy = - ν.σx / E .......... (eq. 3.1.1.2)
εz = - ν.σx / E ........... (eq. 3.1.1.3)
em que ν é uma constante chamada coeficiente de Poisson. O módulo de elasticidade
longitudinal e o coeficiente de Poisson na compressão são os mesmos que ocorrem na tração.
Se o elemento acima estiver submetido simultaneamente à ação de tensões
normais σx, σy e σz, uniformemente distribuídas sobre as faces, as componentes de deformação
11
resultantes podem ser obtidas das equações acima. Se forem superpostas as componentes de
deformação produzidas por cada uma das três tensões obtêm-se:
εx = [σx - ν(σy + σz)] / E ............... (eq 3.1.1.4)
εy = [σy - ν(σx + σz)] / E ............... (eq 3.1.1.5)
εz = [σz - ν(σx + σy)] / E ............... (eq. 3.1.1.6)
Se tensões cisalhantes atuam sobre todas as faces de elemento cúbico com faces
paralelas aos eixos coordenados, a distorção do ângulo entre duas faces quaisquer que se
interceptem depende da correspondente componente da tensão cisalhante. A relação entre a
deformação angular e a tensões cisalhantes aplicadas a um corpo é definida por:
γxy = τxy / G .......................... (eq 3.1..1.7)
γyz = τyz / G .......................... (eq. 3.1.1.8)
γzx = τzx / G .......................... (eq. 3.1.1.9)
com
G = E / 2.(1 + ν) .......... (eq. 3.1.1.10)
Sendo a constante G denominada módulo de elasticidade transversal, módulo de rigidez ou módulo
de elasticidade ao cisalhamento.
As letras subscritas para a tensão cisalhante τ indicam, a primeira, a direção da
normal ao plano em consideração, e a segunda, a direção da componente de tensão. Assim, se
forem consideradas as faces perpendiculares ao eixo x, a componente de tensão na direção y é
designada por τxy. A notação subscrita para a deformação angular é aquela associada à tensão
cisalhante que a provocou.
Somando as equações 3.1.1.4, 3.1.1.5 e 3.1.1.6 e fazendo
θ = σx + σy + σz
e = εx + εy + εz (a)
12
obtêm-se a seguinte relação entre a expansão volumétrica ou dilatação volumétrica unitária e e a
soma das tensões normais:
e = (1 - 2ν).θ/E ..................... (eq. 3.1.1.11)
No caso de uma pressão hidrostática uniforme de valor p temos:
σx = σy = σz = -p
E a equação 3.1.1.11 fornece:
e = -p.[3.(1-2ν) /E] ................. (eq. 3.1.1.12)
que representa a relação entre a expansão volumétrica unitária e e a pressão hidrostática p.
A relação E / 3.(1-2ν) é denominada módulo de expansão volumétrico ou módulo de elasticidade
volumétrico ou módulo de compressibilidade e é representada por K.
Usando as notações (a) e resolvendo as equações 3.1.1.5, 3.1.1.6 e 3.1.1.7, vem:
σx = [e.ν.E / (1 + ν)(1-2ν)] + εx. E /(1 + ν) ........... (eq. 3.1.1.13)
σy = [e.ν.E / (1 + ν)(1-2ν)] + εy. E /(1 + ν) ........... (eq. 3.1.1.14)
σz = [e.ν.E / (1 + ν)(1-2ν)] + εz. E /(1 + ν) ........... (eq. 3.1.1.15)
Fazendo λ = ν.E / (1 + ν)(1-2ν):
σx = λ.e + 2.G.εx .......... (eq. 3.1.1.16)
σy = λ.e + 2.G.εy .......... (eq. 3.1.1.17)
σz = λ.e + 2.G.εz .......... (eq. 3.1.1.18)
sendo λ denominado constante de Lamé.
13
3.1.2 - Propagação de ondas elásticas
A ação de uma força aplicada a um corpo não é transmitida instantaneamente a
todas as suas partes, sendo irradiada a partir da região carregada com velocidades finitas de
propagação. Essa perturbação em propagação constitui uma onda. Como no caso da propagação
do som no ar, não existe perturbação em um ponto até que a onda tenha tempo de alcançá-lo. No
caso de sólidos elásticos, entretanto, existem mais de uma onda e mais de uma velocidade
característica de onda.
Se uma perturbação é produzida em um ponto de um meio elástico, irradiam-se
ondas deste ponto em todas as direções. A uma grande distância em relação ao centro de
perturbação tais ondas podem ser consideradas como ondas planas, e pode-se supor que todas as
partículas movem-se paralelamente à direção de propagação da onda - ondas longitudinais -, ou
perpendicularmente a esta direção - ondas transversais -.
Para as ondas longitudinais, ou compressionais, ou primárias, sua velocidade de
propagação é obtida a partir das seguintes relações (Timoshenko e Goodier, 1980):
vL = [(λ + 2G)/ρ]1/2 ....................................... (eq. 3.1.2.1)
vL = {[E.(1 - ν)]/[(1 + ν).(1 - 2 ν).ρ]}1/2 ........ (eq. 3.1.2.2)
vL = [(K + 4/3.G)/ρ]1/2 .................................. (eq. 3.1.2.3)
onde:
λ - constante de Lamé
G - módulo de rigidez
ρ - densidade do meio
E - módulo de Young
ν - coeficiente de Poisson
K - módulo de compressibilidade
Considerando-se o eixo x de um sistema de eixos coordenados triortogonais
coincidente com a direção de propagação de uma onda longitudinal, tem-se:
σx = - ρ. vL. v ......................... (eq. 3.1.2.4)
14
onde:
σx - tensão no sentido da propagação
ρ - densidade do meio
vL - velocidade de propagação das ondas longitudinais.
v - velocidade de partícula; velocidade adquirida pelas partículas na zona submetida à perturbação.
Ao produto da velocidade de propagação pela densidade do meio denomina-se
impedância acústica.
Para as ondas transversais, cisalhantes ou secundárias, sua velocidade de
propagação é obtida a partir das seguintes relações:
vT = (G/ ρ) 1/2 .................................. (eq. 3.1.2.5)
vT = {E/[( 2.ρ.(1 + ν)]}1/2 ................ (eq. 3.1.2.6)
onde:
G - módulo de rigidez
ρ - densidade do meio
E - módulo de Young
ν - coeficiente de Poisson
K - módulo de compressibilidade
As ondas longitudinais e transversais são denominadas ondas de corpo. A relação
entre suas velocidades de propagação pode ser obtida através de:
vT = vL.[ (1 - 2ν)/2.(1 - ν)]1/2 ............... (eq. 3.1.2.7)
Para um material com coeficiente de Poisson igual a 0,25 tem-se: vT = vL / 31/2.
A propagação de perturbações em meio homogêneo isótropo obedecendo à Lei de
Hooke foi representada como uma superposição de ondas longitudinais de velocidade vL e ondas
transversais de velocidade vT. Mesmo quando existem descontinuidades na velocidade das
15
partículas e nas tensões nas frentes de onda, vL e vT são as únicas velocidades de onda possíveis
no meio infinito quando a perturbação inicial é confinada a uma região interna finita.
Quando existem contornos livres (ou interfaces entre dois meios) são possíveis
outras velocidades de propagação. As "ondas de superfície" podem aparecer, envolvendo
movimento essencialmente em uma fina camada superficial. Foi Lord Rayleigh quem pela primeira
vez chamou a atenção para sua existência, assinalando que:
"Não é improvável que as ondas de superfície aqui estudadas exerçam papel importante em
terremotos e colisões de corpos elásticos. Propagando-se somente em duas dimensões, estas ondas
devem adquirir, a grandes distâncias da fonte, uma importância continuamente crescente."
(Timoshenko e Goodier, 1980).
As ondas Rayleigh caracterizam-se por um movimento elíptico e retrógrado das
partículas num plano vertical ao sentido de propagação. Para ν = 0,25 sua velocidade de
propagação, vR, é dada por:
vR = 0,9194 (G/ρ)1/2 ............... (eq. 3.1.2.8)
onde:
G - módulo de rigidez
ρ - densidade do meio
As ondas Love desenvolvem-se na própria superfície, provocando deformações
ortogonais à direção de propagação.
Uma vez conhecidas as velocidades de propagação das ondas longitudinais e
transversais podem ser determinados os parâmetros elásticos do material a partir das seguintes
relações (Dourado, 1984):
Das equações 3.1.2.2 e 3.1.2.6 vem:
ν = [(vL / vT )2 - 2]/ [2.(vL / vT )2 - 2] ....... (eq. 3.1.2.9)
com ν representando o coeficiente de Poisson dinâmico.
16
Da equação 3.1.2.2 obtém-se o módulo de Young dinâmico:
E = [vL2 . ρ. (1-2ν)(1-ν)]/(1-ν) .................... (eq. 3.1.2.10)
Da equação 3.1.2.5 obtém-se o módulo de cisalhamento dinâmico:
G = ρ. vT2 ...................................................... (eq. 3.1.2.11)
Das equações 2.2.3 e 2.2.5 obtém-se o módulo de compressibilidade dinâmico:
K = (ρ.vL2) - [(4. ρ. vT
2 )/3] ........................ (eq. 3.1.2.12)
A terminologia dinâmico é utilizada nos parâmetros elásticos determinados por meio
das velocidades de propagação de ondas longitudinais e transversais e têm o objetivo de diferenciá-
los dos parâmetros obtidos por intermédio de ensaios estáticos.
3.1.3 - Partição de energia em uma interface
Uma onda mecânica ao incidir sobre uma superfície de separação entre dois meios
com características elásticas distintas terá parte de sua energia transferida através daquela interface e
parte será refletida. Essa partição de energia depende principalmente do ângulo de incidência entre a
onda e a interface e do contraste de impedância acústica entre os dois meios. Para incidência normal
de uma onda longitudinal numa interface, separando meios com velocidades de propagação v1 e v2
e densidades ρ1 e ρ2, respectivamente, e considerando que não exista perda de energia na interface,
a relação entre as amplitudes, retratadas aqui através das velocidades de partícula das ondas
refletida e incidente, é expressa por (Dourado, 2001; Badley, 1985; Fernandes, 1984):
k = vrl/vi = (v2. ρ2 - v1. ρ1)/ (v2. ρ2 + v1. ρ1) .......... (eq. 3.1.3.1)
17
Com:
vrl - velocidade de partícula da onda refletida e
vi - velocidade de partícula da onda incidente.
sendo k denominado coeficiente de reflexão.
Segundo Fernandes (1984), na mesma interface e para o mesmo sentido de
propagação, chamando de:
Ei = vi2. v1. ρ1 o fluxo de energia incidente .......... (eq. 3.1.3.2)
Erl = vrl2. v1. ρ1 o fluxo de energia refletida e ........ (eq. 3.1.3.3)
Err = vrr2. v2. ρ2 o fluxo de energia refratada, ou transmitida. .......(eq. 3.1.3.4),
sendo:
vrr - velocidade de partícula da onda refratada.
Uma vez que os fluxos de energia vibratória - ou intensidade acústica - (energia por
unidade de tempo e por unidade de área de seção transversal ao sentido de propagação) são
proporcionais ao quadrado das respectivas amplitudes e às impedâncias acústicas dos meios, tem-
se:
Ei = Erl + Err ............................. (eq. 3.1.3.5)
Ou
vi2. v1. ρ1 = vrl
2. v1. ρ1 + vrr2. v2. ρ2 ............. (eq. 3.1.3.6)
Erl/ Ei = (vrl/vi)2 = k2 ................................... (eq. 3.1.3.7),
sendo k denominado coeficiente de reflexão.
e
Err/ Ei = 1 - k2 ............................................ (eq. 3.1.3.8)
18
ou
(vrr2. v 2. ρ2) / (vi
2. v 1. ρ1) = 1 - k2 ............... (eq. 3.1.3.9)
(vrr/ vi)2 = (1 - k2 ). (v 1. ρ1/ v 2. ρ2) ............. (eq. 3.1.3.10)
Chamando a impedância acústica de z, e fazendo:
z1 = v 1. ρ1 .................................................(eq. 3.1.3.11)
z2 = v 2. ρ2 .................................................(eq. 3.1.3.12)
vem:
(vrr/ vi)2 = 1 - (z2 - z1/ z2 + z1)2 (z1/ z2) ...... (eq. 3.1.3.14)
vrr/ vi = 2. z1/ (z2 + z1) = Φ ............................ (eq. 3.1.3.15),
denominando-se Φ coeficiente de transmissão.
Pode-se concluir que k + Φ = 1, ou vi = vrl + vrr
e a relação entre a energia transmitida Err e a incidente Ei é expressa por:
Err/ Ei = 4.z1. z2/( z2 + z1)2 ........................ (eq. 3.1.3.16)
Das definições de k e Φ, percebe-se que se a impedância acústica do meio 2 for
maior que a do meio 1, tanto a onda refletida como a refratada mantém a fase da onda incidente,
com amplitudes atenuadas pelos fatores k e Φ, respectivamente. No caso em que a impedância
acústica do meio 2 é menor que a do meio 1, mantido o sentido original de propagação, a onda
refletida possui sinal invertido em relação à incidente de modo atenuado, enquanto que a refratada
repete a fase da onda incidente de modo amplificado, mantida a condição Ei = Erl + Err.
19
Para k = 0 (Φ = 1), significa que toda a energia incidente é transmitida, indicando a
inexistência de contraste de impedâncias entre dois meios, o que não significa, necessariamente, a
inexistência de interface separando materiais diferentes.
3.1.4 – Mecanismos de atenuação
A partir de sua fonte e enquanto se deslocam através de um meio, as ondas
mecânicas têm sua energia reduzida devido à expansão geométrica da frente de onda e à absorção
pelo meio.
Considerando a liberação instantânea de energia em uma fonte pontual imersa em
um meio infinito, homogêneo e isotrópico, o lugar geométrico dos pontos submetidos à perturbação
dela decorrente em um instante t descreve uma frente de onda esférica de raio r e superfície de área
S. O incremento da área desta esfera durante a propagação da frente de onda é proporcional ao
quadrado de seu raio. Assim, considerando inexistentes outras perdas, a energia por ela transmitida
por unidade de área varia inversamente com o quadrado da distância da fonte. Tendo em vista que
sua amplitude é proporcional à raiz quadrada da energia por unidade de área, tem-se que a sua
amplitude varia com o inverso da distância da fonte.
Segundo Dourado (2001), chamando de A0 a amplitude de onda junto à fonte e A a
amplitude em um ponto a uma distância r, temos:
A = A0 / r ............... (eq. 3.1.4.1)
A componente da atenuação devido à absorção refere-se à perda de energia através
de descontinuidades, atrito interno e desvios em seu comportamento elástico em relação àquele
considerado ideal, segundo Dourado (2001), é expressa através de:
A = A0 e -α.r ........... (eq. 3.1.4.2)
Onde:
α - coeficiente de atenuação inelástica
A - amplitude a uma distância r da fonte
A0 - amplitude inicial
20
A combinação dos efeitos da atenuação referentes à expansão geométrica da frente
de onda e da inelasticidade do meio fornece (Dourado, 2001):
A = (A0 e -α.r)/r .......... (eq. 3.1.4.3)
De acordo com Dinis da Gama (2001), em rochas, o fator de transmissibilidade Q é
utilizado como indicador de seu desvio em relação ao comportamento considerado ideal.
Normalmente rochas sãs, consolidadas, não fraturadas, possuem valores de Q elevados e exibem
excelentes características de propagação de ondas. Rochas fraturadas, pouco consolidadas e
porosas apresentam baixos valores de Q. Define-se Q através da relação:
Q = 2. π .(W / ∆W) ...... (eq. 3.1.4.4)
onde W representa a energia fornecida à rocha através de um ciclo dinâmico e ∆W a fração de
energia dissipada neste ciclo.
O fator de transmissibilidade Q correlaciona-se com o coeficiente de atenuação á
através de (Jaeger & Cook in Diniz da Gama, 2001):
Q = π .f / v.α ou α = π .f / v.Q ......... (eq. 3.1.4.5)
onde;
f - freqüência dominante da vibração
v - velocidade de propagação da onda no meio
Assim, em um determinado meio de propagação o coeficiente de atenuação será
tanto maior quanto o for a freqüência dominante da perturbação.
21
3.1.5 - Vibrações
Thomson (1978) estabelece que o estudo das vibrações diz respeito aos
movimentos oscilatórios de corpos e às forças que lhes estão associadas.
As vibrações podem ser divididas em duas classes gerais, as livres e as forçadas.
Vibração livre acontece quando um sistema oscila sob a ação de forças que lhe são inerentes e na
ausência da ação de qualquer força externa. Neste caso o sistema pode vibrar com uma ou mais das
suas freqüências naturais, que são peculiares ao sistema dinâmico estabelecido pela distribuição de
sua massa e rigidez.
Denomina-se vibração forçada quando ela ocorre sob a excitação de forças
externas. Quando a excitação é oscilatória, o sistema é obrigado a vibrar na freqüência da
excitação. Se essa freqüência coincide com uma das freqüências naturais do sistema forma-se um
estado de ressonância, podendo resultar em amplas e perigosas oscilações.
Os sistemas de vibração são todos eles sujeitos a um certo grau de amortecimento,
em face da absorção de energia pelo atrito e outras resistências.
O movimento oscilatório pode repetir-se regularmente ou apresentar irregularidade
considerável, como em terremotos. Quando o movimento repete-se a intervalos iguais de tempo é
denominado movimento periódico. O tempo de repetição é denominado período da oscilação e sua
recíproca é denominada freqüência.
A forma mais simples de movimento periódico é o movimento harmônico,
representado através de:
s = A0 sen 2.π .t/ T ........... (eq. 3.1.5.1)
Onde:
A0 - amplitude de oscilação, medida a partir da posição de equilíbrio;
T - período de oscilação;
s - deslocamento da massa no instante t.
22
Considerando-se um ponto que se move em uma circunferência a velocidade
constante e designando-se por ω a velocidade angular, em radianos por segundo, a representação
da projeção do deslocamento s em uma linha reta é expresso por:
s = A0.sen ω.t .................... (eq. 3.1.5.2)
Uma vez que o movimento repete-se a cada 2. π radianos, tem-se a relação:
ω = 2.π/T = 2.π .f
onde T e f são o período e a freqüência do movimento harmônico, medidos em segundos e ciclos
por segundo, ou Hertz, respectivamente.
A velocidade do movimento harmônico pode ser determinada pela diferenciação da
equação 2.4.2, enquanto a aceleração pode ser obtida pela diferenciação da equação da
velocidade.
v = ω.A0.cos ω.t = ω.A0.sen (ω.t + π/2) ............ (eq. 3.1.5.3)
a = -ω2.A0.sen ω.t = ω2.A0.sen (ω.t + π) ........... (eq. 3.1.5.4)
Movimentos irregulares, que aparentam não possuir período definido, podem ser
considerados como a soma de um número muito grande de movimentos regulares de freqüências
variadas e suas propriedades podem ser definidas estatisticamente.
3.2 - Desmonte de rochas com explosivos
Uma vez que o objetivo do presente estudo restringe-se a desmontes executados no
processo produtivo de mineração a céu aberto, considera-se desnecessária a abordagem de
técnicas especiais de desmonte, como desmonte escultural e detonação amortecida, bem como
aquelas que dizem respeito a aberturas subterrâneas.
As operações de desmonte de rocha por meio de métodos convencionais dão-se
através de processos cíclicos que compreendem a perfuração do maciço rochoso em diâmetro e
23
distâncias predeterminadas, da introdução de explosivos nos furos, da detonação desse explosivo e
da remoção da rocha assim fragmentada.
Procura-se conferir ao maciço, ao longo da realização daqueles processos, uma
configuração que forneça o maior número possível de faces livres de modo a possibilitar a
realização simultânea de operações distintas do ciclo, de forma que as atividades desenvolvam-se
sem interrupções. Tal configuração permite, acessoriamente, mas não com menor importancia, que o
explosivo empregado possa atingir sua máxima intensidade e efeito, agindo em direção a tais faces
livres. Com esse objetivo são desenvolvidas "bancadas", blocos cujas superfícies são delimitadas
por dois planos horizontalizados, denominados "praça", o de cota inferior e "topo", onde se
desenvolvem os trabalhos, e uma vertical ou verticalizada, denominada "face livre".
Os parâmetros necessários à realização das operações de desmonte de rocha são
estabelecidos através dos "planos de fogo" e dele constam os tipos, quantidades e disposição de
explosivos e acessórios de detonação a serem utilizados, o diâmetro com que as perfurações devem
ser realizadas, seu posicionamento, inclinação e profundidade.
A destinação do produto do desmonte é fator fundamental na elaboração de um
plano de fogo. Assim, tratamentos distintos são dados a materiais que se destinam a engenho de
beneficiamento ou a pilhas de material estéril. Os fatores limitantes do material destinado a engenho
de beneficiamento são as dimensões máximas dos blocos admissíveis pelo equipamento de britagem
primária. No segundo caso, a fragmentação está vinculada à capacidade do equipamento de
carregamento.
Outros fatores que devem ser considerados na elaboração de um plano de fogo são
a conformação da pilha de material desmontado, sua compatibilidade com o equipamento de
carregamento utilizado na sua remoção e a preservação, tanto quanto possível, da integridade do
maciço remanescente.
3.2.1 - Plano de fogo
Muitos estudos teóricos, apoiados em experiências de campo, foram desenvolvidos
para se determinarem valores aos elementos componentes do plano de fogo. A aplicação prática
desses estudos requer informações muitas vezes de difícil obtenção e que demandam um tempo
relativamente prolongado. Por outro lado, a experiência de muitos desmontes de rocha gerou regras
24
práticas que permitem estabelecer valores para aqueles elementos com margem de êxito razoável. A
partir dos resultados obtidos procede-se ao seu ajuste até a obtenção de condição de desmonte
considerada ótima.
Os elementos que compõem o plano de fogo para um determinado maciço rochoso
são:
a) Diâmetro dos furos
De uma maneira genérica pode-se dizer que o diâmetro dos furos correlaciona-se
com:
- produção necessária
- equipamento de perfuração
- altura da bancada
- capacidade de caçamba do equipamento de carregamento
- equipamento de britagem primária
b) Altura da bancada
Diferença de cotas entre o topo e a praça da bancada.
c) Afastamento
Definido como a distância entre a face da bancada e a primeira linha de furos, ou
entre duas linhas sucessivas de furos.
d) Espaçamento
Corresponde à distância entre furos consecutivos de uma mesma linha de furos.
e) Tampão
Tampão ou “ataque” são os nomes que se dá ao material inerte usado para
preencher o “colar” (parte vazia do furo, acima do explosivo) após colocação da carga explosiva.
Tem a finalidade de confinar a carga explosiva para obter melhor eficiência na detonação, confinar
os gases da detonação de forma a que se obtenha um melhor aproveitamento da energia do
explosivo e proteger a carga explosiva de uma eventual detonação provocada por agente externo.
25
f) Subperfuração
Corresponde ao valor em metros de que deve ser aumentada a profundidade do
furo, além do piso da bancada, a fim de assegurar o arranque da região do maciço que apresenta
maior engastamento.
g) Inclinação dos furos
Representa o ângulo segundo a vertical com que são realizados os furos.
Normalmente varia de zero a até 15º. São comumente empregadas inclinações maiores em rochas
que tendem a apresentar “repés” após as detonações. Propiciam também maiores lançamentos.
h) Explosivos e acessórios utilizados
A escolha de explosivos adequados é um dos principais fatores para o sucesso do
desmonte. Deve-se levar em consideração as propriedades dos explosivos, principalmente
velocidade e densidade, correlacionando-as ao tipo de rocha a ser desmontada. Resistência à água é
outro dos fatores a ser analisado caso o furo apresente água. Normalmente em um furo são
utilizados explosivos dispostos em duas cargas:
- Carga de fundo: onde são empregados explosivos de maior energia. Colocada no fundo do
furo atua na região onde o maciço apresenta maior engastamento.
- Carga de coluna: onde são empregados explosivos de menores energia e custo.
No dimensionamento dos parâmetros geométricos que compõem um plano de fogo
que se correlacionam intimamente, de modo a atingir os objetivos propostos, são consideradas,
ainda, as peculiaridades geológicas locais, como características de planos de aleitamento,
fraturamento, presença de água, etc.
26
3.2.2 - Explosivos e acessórios de detonação
a - Explosivos
Conceituam-se explosivos como aquelas substâncias que, quando submetidas a
estímulo adequado, sofrem reação extremamente rápida e fortemente exotérmica, com liberação de
grande volume de gases.
Explosivos podem ser deflagrantes ou detonantes. Um explosivo detonante é aquele
em que sua reação de decomposição dá-se a velocidade superior à velocidade sônica. Caracteriza-
se detonação como a descrição do processo de propagação de uma onda de choque através de um
explosivo, acompanhada por uma reação química que fornece energia suficiente para manter tal
reação de forma estável. Pólvora negra é uma boa ilustração de explosivos deflagrantes, enquanto
explosivos comerciais são representativos de explosivos detonantes (Gregory, 1973).
Na seleção do(s) explosivo(s) a ser(em) utilizado(s) em um desmonte de rochas uma
análise criteriosa deve ser feita de forma a se obter condições de segurança, confiabilidade e
economicidade para que sejam atingidos os resultados desejados.
As principais características a serem observadas na seleção dos explosivos
utilizados em um desmonte de rochas são:
- força (ou potência): designação pouco apropriada que se dá à quantidade de energia liberada
pelo explosivo na detonação. Calculada através de técnicas que utilizam princípios da química e
da termodinâmica pode ser expressa tanto em peso quanto em volume de explosivo e indicam
as "forças absolutas" em peso ou volume -Absolute Weight Strenght e Absolute Bulk Strenght-.
Também pode ser obtida através de comparação com outro explosivo e expressa através das
"forças relativas" em peso ou volume - Relative Weight Strenght ou Relative Bulk Strenght -.
- velocidade de detonação: velocidade com que a onda de choque desloca-se através do
explosivo. Constante para um determinado explosivo, nele varia com o grau de confinamento a
que está submetido e com seu diâmetro.
- massa específica: relação entre a massa e o volume do explosivo.
- pressão de detonação: é a pressão na região de reação que sucede à onda de choque.
- resistência à água: capacidade do explosivo em manter suas características após sua exposição à
água.
27
- sensibilidade: propriedade dos explosivos de detonarem por simpatia quando próximos de uma
carga detonada. Refere-se à distância máxima de propagação da detonação através do ar, em
condição não confinada, entre dois cartuchos de um determinado explosivo, sendo um iniciado
propositadamente.
- iniciador mínimo requerido: quantidade mínima de explosivo iniciador para sua detonação.
- resistência ao choque: capacidade do explosivo em resistir às solicitações mecânicas a que está
sujeito nas operações de transporte e manuseio.
- resistência ao armazenamento: tempo que o explosivo pode ficar armazenado sem perder suas
características.
- gases tóxicos gerados: volume de gases CO, NOx e SO2 gerados na detonação. São
classificados em classes 1, 2 e 3, de acordo com o volume crescente de gases tóxicos gerados.
b - Acessórios de detonação
São assim denominados aqueles componentes utilizados na iniciação dos explosivos.
Os acessórios de detonação de emprego usual são:
- estopim: filamento de pólvora revestido por algodão e materiais impermeabilizantes. Sua
principal característica é a queima a velocidade constante e conhecida. Utilizado na iniciação da
espoleta simples.
- espoleta simples: cápsula de alumínio contendo uma carga primária sensível à iniciação térmica
(comumente azida de chumbo) e uma secundária de PETN (tetranitrato de pentaeritritol).
- espoleta elétrica simples: semelhante à espoleta simples, utiliza a energia elétrica como fonte de
energia para sua iniciação. Em seu interior a energia elétrica é convertida, através de uma
resistência elétrica, em calor que inicia a carga primária.
- espoleta elétrica de retardo: difere da anterior pela interposição entre a carga primária e a
resistência elétrica de um dispositivo pirotécnico de queima que provoca um intervalo de tempo
determinado entre sua iniciação e a da carga primária.
28
- cordel detonante: composto por um filamento de PETN revestido por várias camadas têxteis e
impermeabilizantes. Sensível à iniciação pelas espoletas simples e elétrica, sua velocidade de
detonação é de aproximadamente 7.000 m/s.
- elementos de retardo para cordel detonante: disponíveis em várias configurações, possuem em
suas extremidades duas cargas de PETN que são intercaladas por substância pirotécnica de
queima com tempo controlado. Os tempos dos elementos de retardo empregados em atividades
a céu aberto variam de 5 ms a 250 ms.
- sistema não elétrico: composto por um tubo plástico flexível contendo material reativo que
transmite energia térmica, após iniciado, a velocidade constante, à espoleta simples ou de
retardo situada em sua extremidade. É sensível à espoleta simples e ao cordel detonante.
Recentemente e ainda em caráter experimental tem sido utilizado no país o
detonador eletrônico. Semelhante a uma espoleta elétrica de retardo, dela difere por conter um
sistema eletrônico de retardo em lugar do dispositivo pirotécnico de queima. De concepção
sofisticada, proporciona grande precisão nos tempos de retardo.
Tais elementos de retardo permitem que se divida a carga total de explosivo a ser
detonada em várias cargas menores que são iniciadas em uma seqüência predeterminada em
intervalos de tempo específicos. Sua utilização permite o incremento do grau de fragmentação do
maciço rochoso e o direcionamento de seu movimento, proporcionando a configuração da pilha de
material desmontado às necessidades existentes. Possibilitam também a adequação do desmonte a
condicionantes geológicos locais, o controle de vibrações e a redução no ultralançamento de
fragmentos.
3.2.3 - Mecanismos de fragmentação
Em que pese a grande quantidade de pesquisas sobre o tema conduzidas nas últimas
décadas, não foi desenvolvida uma teoria que explicasse adequadamente o mecanismo primário de
29
fragmentação em todas as condições de desmonte e tipos de rochas. Ainda que exista consenso
entre diversos autores sobre a sucessão de eventos que ocorrem no processo de fragmentação do
maciço rochoso, há divergência em relação ao mecanismo preponderante, ou primário, de
fragmentação. Assim, as diversas teorias existentes procuram explicar tal mecanismo atribuindo peso
maior ou menor a determinado evento ou combinação deles no processo de fragmentação.
São basicamente quatro os eventos que ocorrem durante e após a completa detonação de
uma carga explosiva confinada, ao longo dos quais dá-se a fragmentação e deslocamento da parcela
do maciço rochoso a ser desmontado (Atlas Powder Company, 1987), os quais serão a seguir
apresentados:
a - Detonação: é a fase inicial do processo de fragmentação. Os componentes do explosivo, sob
detonação, são imediatamente convertidos em gases sob alta pressão e temperatura. Uma vez que a
velocidade de detonação é superior à velocidade sônica do explosivo, o explosivo situado
imediatamente à frente da onda de choque não sofre os efeitos da detonação até ser por ela atingido.
b - Propagação de ondas de compressão: imediatamente após a detonação ocorre a propagação
das ondas de compressão. Esta perturbação ou onda compressiva transmitida através do maciço
rochoso resulta, em parte, do impacto decorrente da rápida expansão de gases sob alta pressão
sobre as paredes do furo. A geometria de sua dispersão depende de vários fatores, podendo ser
citados a posição do ponto de iniciação, velocidade de detonação e a velocidade de propagação de
onda no maciço circundante.
A pressão próxima às paredes do furo aumenta rapidamente até seu pico, decaindo,
a seguir, de forma exponencial. Este rápido decaimento é decorrente tanto da expansão da cavidade
do furo quanto do resfriamento do gás. A expansão da cavidade ao redor do furo pode ocorrer
através de esmagamento, pulverização e/ou deslocamento de material e é decorrente de esforços
compressivos que superam em dezenas de vezes a resistência à compressão da rocha, podendo
alcançar de uma a três vezes seu diâmetro, dependendo das características da rocha e do explosivo
utilizado. Essa região é denominada zona hidrodinâmica, onde a rigidez elástica da rocha torna-se
insignificante.
30
À medida que a frente de onda afasta-se do furo, esforços cisalhantes associados à
variação de volume decorrente de seu efeito compressivo têm intensidade suficiente para provocar
fraturas radiais a partir do furo. Progressivamente atenuados, os esforços decorrentes de sua
propagação deixam de causar danos ao maciço.
Ao encontrar uma descontinuidade, ou interface, parte da energia é transmitida
através dela, parte refletida. Essa partição de energia depende do contraste entre as impedâncias
dos meios que se posicionam em cada lado da interface. Quando a onda compressiva que se
desloca através do maciço rochoso encontra a face livre, praticamente toda a sua energia é refletida
como onda de tração. Uma vez que a relação existente entre a resistência à tração e à compressão
nas rochas é da ordem de 1/10 ou menor, há tendência à formação de fraturas decorrentes desses
esforços, dependendo da distância entre a face livre e a coluna de explosivo.
c - Expansão dos gases: o evento seguinte é a expansão dos gases gerados na detonação. É durante
essa fase que surgem as maiores controvérsias sobre o principal mecanismo de fragmentação.
Alguns acreditam que a rede de fraturas por todo o maciço está completa, enquanto outros
acreditam que o processo principal de fraturamento está justamente começando, debitando-o
principalmente à extensão das fraturas geradas pela expansão dos gases e/ou ao movimento de
flexão do maciço dela decorrente. De fato, é a expansão dos gases, através das descontinuidades e
fraturas, formadas ou em formação juntamente com o esforço transmitido ao maciço pela
detonação, que é responsável pelo deslocamento do material fraturado.
Não é suficientemente claro o exato mecanismo da expansão dos gases através do
maciço rochoso, embora haja concordância de que ele venha a ocorrer através das regiões que
ofereçam menor resistência. Isso significa que os gases primeiramente migram através de
descontinuidades no maciço, decorrentes ou não dos eventos anteriores. Se tais descontinuidades
entre o furo e a face livre são suficientemente grandes esses gases sob alta pressão são
imediatamente dispersos para a atmosfera, resultando em reduzido deslocamento do material
fragmentado.
d - Movimento da massa: ultimo estágio do processo de fraturamento. Alguns autores atribuem a ele
parcela significativa da fragmentação do maciço, através do entrechoque dos fragmentos no ar ou
entre eles e o piso.
31
3.2.4 - Rendimento energético
Definido como a relação existente entre a energia liberada pelo explosivo e aquela
efetivamente utilizada na fragmentação do maciço rochoso e seu deslocamento de forma a configurar
pilha adequada à operação dos equipamentos de carga.
Sua estimativa é obtida a partir do conceito da transmissão da energia liberada pelo
explosivo ao maciço rochoso adjacente ao furo, a partir do contraste de impedâncias existente entre
eles, considerando-se a impedância do explosivo como o produto entre sua velocidade de
detonação e sua massa específica (Berta, 1985, in Eston, 1988 e Bacci, 2000).
Como nem todo o volume do furo é ocupado pelo explosivo, o conceito de
acoplamento é introduzido, e determina-se a relação de acoplamento como a razão entre o diâmetro
do furo e o da carga explosiva. Define-se como fator de acoplamento a razão entre a energia gerada
pelo explosivo e aquela transmitida ao maciço e é expresso por (Berta, 1985, in Eston, 1988 e
Bacci, 2000):
ηac = 1 / [e(1/Rac) - (e - 1)] .................. (eq. 3.2.4.1)
Onde:
ηac - fator de acoplamento
Rac - razão de acoplamento
A energia transmitida ao maciço, considerando-se ambos os conceitos, passa a ser
expressa como:
Et = Eex . {1 - [(zr - zex) / (zr + zex) ]2} / [e(1/Rac) - (e - 1)] ...........(eq. 3.2.4.2)
ou
Et = Eex . 4.zex. zr/ {( zr + zex)2 . [e(1/Rac) - (e - 1)]} ........................ (eq. 3.2.4.3)
onde:
Et - energia transmitida à rocha
32
Eex - energia gerada pelo explosivo
zr - impedância acústica da rocha
zex - impedância acústica do explosivo.
Rolim (1993), citando estudos de Fogelson (1959) e Langefors (1963), e Eston (1998) e
Bacci (2000), a partir de estudos de Berta (1985), apresentam valores similares para o balanço
energético de uma detonação, a partir da energia transmitida ao maciço:
- fragmentação: 15 ~ 18%
- deslocamento do maciço: 5 ~ 6%
- térmica e ruídos (perdas na atmosfera): 36 ~39%
- vibrações no terreno: 40%
- outros (ultralançamentos, ultraquebra): 2,5 ~3%
33
4 – Impactos ambientais das vibrações propagadas pelo terreno e formas de mitigação
4.1 – Danos associados a vibrações
Langefors e Kihlström (1978) ao estabelecerem seu critério de danos sobre
edificações (tabela 4.1.1) consideram que um fator decisivo para sua ocorrência é, entre outros, a
relação existente entre a freqüência natural da edificação e a freqüência da vibração a que ela será
submetida; consideram ainda que danos podem ser causados por elongamento, cisalhamento e
torção, sendo que tais deformações podem ser incrementadas pela superposição de tensões
estacionárias preexistentes na edificação, o que implica a adoção de critérios de danos mais
conservadores. Deve-se observar ainda o estado de conservação da edificação.
Propõem o seguinte critério para o risco de danos em habitações, a partir de
diversos tipos de material de apoio de suas fundações:
Tabela 4.1.1: Critério para avaliação do risco de danos a edificações proposto por
Langefors e Kihlström (1978).
materialareia e
argila saturadasardósia
calcárioscalcários duros, quartzitos,gnaisse, granito, diabásio
Velocidadede
propagaçãoda onda (m/s)
300 a 1500 2000 a3000
4500 a 5000Danos
possíveis
Velocidade4 - 18 35 70 Sem
rachaduras
de6 - 30 55 110 Rachaduras
insignificantes
partícula8 - 40 80 160 Rachaduras
(mm/s) 12 - 60 115 230 Rachadurassérias
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Siskind et al. (1980) propõem que o critério de vibrações consideradas seguras em
detonações deve observar os seguintes limites (tabela 4.1.2).
Tabela 4.1.2 - Critério para a avaliação de danos a edificações proposto por Siskind et al.
(1980).
Freqüênciaaté 4 Hz 4 - 15 Hz 15 - 40 Hz >40 Hz
Nível máximo devibração 0,762 mm 19,05 mm/s 0,203 mm 50,8 mm/s
Recomendam ainda que, para as construções habitacionais com paredes revestidas
com gesso, o limite máximo nos níveis de vibração considerados seguros para baixas freqüências
(de 4 a 15 Hz) deva ser de 12,5 mm/s.
Observam também que:
- a amplitude, freqüências e durações das vibrações se alteram com a propagação, em função de
interações com os vários meios geológicos e interfaces estruturais, e do espalhamento do trem
de ondas através de dispersão e/ou absorção, que é tanto maior quanto o for a freqüência.
- nas proximidades do fogo as características da vibração são afetadas pelos fatores do plano de
fogo, geometria da mina, carga de explosivos detonada por espera, tempo dos retardos, direção
de iniciação do fogo em relação ao ponto de captação, afastamento e espaçamento.
- a grandes distâncias do fogo os fatores referentes ao plano de fogo tornam-se menos críticos e
o meio de propagação composto pelo maciço e solo de recobrimento prepondera sobre as
características da onda.
- as amplitudes de velocidade de partícula são aproximadamente mantidas enquanto a energia
sísmica propaga de um meio para outro, isto é, do maciço rochoso para o solo.
- freqüência de vibração, deslocamento e aceleração dependem fortemente do meio de
propagação.
- espesso recobrimento por solo e grandes distâncias criam trens de onda de baixa freqüência e
grande duração.
35
As principais conclusões de seu trabalho são:
- velocidade de partícula é a melhor grandeza para a quantificação de níveis de vibração.
- velocidade de partícula é a grandeza mais prática para a regulação de danos potenciais para a
classe de estruturas com bem definidas características de resposta às vibrações.
- o potencial de danos em baixas freqüências (<40 Hz) é consideravelmente maior que em altas
freqüências (>40 Hz).
- todas as edificações podem apresentar, eventualmente, fraturas decorrentes de variações
ambientais tais como temperatura, umidade e ventos, acomodação de fundações e mesmo
absorção de umidade pelas raízes de árvores.
A norma ABNT 9653 - Mineração em Áreas Urbanas com Uso de Explosivos:
Redução de Riscos (ABNT, 1986) - estabelece que para preservar a segurança da população,
estruturas e edificações circunvizinhas, a velocidade de vibração de partícula resultante não deve
ultrapassar o valor de 15 mm/s, nos limites da área de operação de minerações, assim entendida
aquela composta pela união da área de concessão de lavra e/ou licenciada e/ou áreas de
propriedade da mineração, conforme definidas no Decreto-Lei nº 227, com a área de segurança
própria em torno dos depósitos de explosivos.
A velocidade de partícula resultante, ainda de acordo com a norma ABNT 9653,
corresponde à soma vetorial dos valores máximos obtidos nas componentes longitudinal, transversal
e vertical, tratando-se, portanto, de um pseudo vetor resultante, uma vez que não considera o
instante em que tais picos ocorreram.
Proposta de alteração a tal norma está sendo discutida atualmente por comissão
criada pela ABNT para esse fim.
4.2 - Reações humanas às vibrações
Siskind et al. (1980), em suas conclusões e a partir de trabalhos de diversos autores
que estudaram reações humanas a vibrações, estabelecem que elas podem representar a principal
limitação aos níveis admissíveis de vibração decorrentes da detonação de cargas explosivas. Citam
ainda que:
36
- Níveis de vibração passíveis de serem sentidos são consideravelmente menores que aqueles
requeridos para produzir danos.
- A reação humana às vibrações depende da duração do evento para as mesmas amplitudes.
- Velocidades de partícula de 12,5 mm/s de uma detonação típica (vibrações com duração de 1
segundo) seriam toleráveis por aproximadamente 95% das pessoas, que as considerariam como
“claramente perceptível” (alguns estudos classificam a percepção humana às vibrações em
diversos níveis, como “fracamente perceptíveis”, “distintamente perceptíveis” e “fortemente
perceptíveis”).
- Relevante na percepção e reação às vibrações é o grau de interferência que provocam em
atividades normais (sono, conversação, assistir televisão, ler), oferecendo riscos à saúde e
afetando rendimento operacional.
- Para pessoas em residências, os mais sérios problemas relacionados às vibrações são a
movimentação nas estruturas, medo (de danos ou prejuízos, além de ferimentos) e, para alguns,
interferência em atividades.
O projeto de norma CETESB D7.013 - Mineração por Explosivos, de 1992,
carente de homologação, estabelece que o limite máximo admitido não poderá ser superior a "3,00
mm/s de velocidade de vibração de partícula, medida na componente vertical. Quando a medição
for realizada com utilização de instrumentos cujos resultados sejam a integração das três
componentes o valor máximo permitido será de 4,2 mm/s. Em ambos os casos, a medição deve ser
feita fora dos limites da propriedade da mineração ou da área por ela ocupada sob qualquer forma,
como posse, arrendamento, servidão, concessão, etc."
4.3 - Redução das vibrações que se propagam pelo terreno
O principal fator a ser considerado, objetivando a redução das vibrações que se
propagam pelo terreno, é a execução criteriosa de planos de fogo adequadamente dimensionados.
Evitar o excessivo confinamento do explosivo através da minimização do desvio de
furos, a eliminação de repés - material "in situ" remanescente da detonação anterior posicionado na
interseção da face livre com a praça - ou outros obstáculos que impeçam o deslocamento do
material desmontado, redução do tampão - mas não a ponto de incrementar a sobrepressão
37
atmosférica ou acarretar ultralançamentos - e da subperfuração, é medida efetiva no controle dos
níveis de vibração.
A partir do exposto, e considerando-se as condições de rigidez locacional de
empreendimentos minerários, a redução da carga de explosivos detonada instantaneamente é o fator
primordial que afeta a amplitude da velocidade de partícula. Tal redução pode ser obtida através da
interposição entre grupos de minas - furos carregados com explosivos -, ou mesmo entre minas, de
elementos de retardo, que provocarão intervalos de tempo entre suas detonações.
A redução no diâmetro de perfuração, altura das bancadas ou mesmo a intercalação
no furo de material inerte entre a carga explosiva podem ser adotadas para a redução da carga
explosiva a ser detonada instantaneamente, se as condições locais assim o exigirem, estando sua
exeqüibilidade vinculada a condicionantes técnicos e econômicos.
Outras medidas que favorecem a redução nos níveis de vibração são (Silva et al,
2000):
- Sempre que possível proporcionar a progressão da detonação das minas, ou grupos de minas,
do ponto mais próximo para o mais afastado do local onde se pretende obter os menores níveis
de vibração.
- Adotar elementos de retardo que proporcionem reduzida dispersão em seus tempos.
- Utilizar tempos de retardo elevados, desde que as condições geológicas em conjunção com o
sistema de iniciação o permitirem.
A esse respeito Langefors e Kihlström (1978) sugerem, a partir da constatação de
que vibrações causadas por detonação de um único furo apresentam sua máxima amplitude somente
após algumas prévias menores deflexões e, em muitos casos, pode-se esperar apenas 3 ciclos
completos com amplitudes superiores à metade da máxima, podendo as demais serem mais ou
menos ignoradas, a adoção de intervalos de tempo na detonação entre furos superior a 3.T (T -
período). Dessa forma, uma eventual interferência construtiva entre trens de ondas gerados por
minas, ou grupo de minas, detonados consecutivamente a tais intervalos resultaria em reduzidos
níveis de vibração quando comparados àqueles obtidos com intervalos de tempo menores. Isso
poderia ser obtido a partir da adoção de:
n.t = k.T
38
onde :
T - período da vibração. Obtido através da determinação da freqüência de pico da vibração.
n - número de intervalos de tempo, ou de elementos de retardo utilizados na detonação.
t - tempo de retardo.
k - número inteiro que satisfaça a relação k/n ≠ 1,2,3,....
Outras medidas citadas por Silva et al, 2000, estas visando à redução na percepção
das vibrações, são:
- Reduzir a freqüência de detonações por período produtivo através da adoção de um maior
número de furos por detonação.
- Procurar coincidir os horários de detonações com períodos de maior atividade na vizinhança.
- Sempre que possível procurar fazer com que o tempo total de duração da detonação não
ultrapasse 1 segundo.
- Adotar um programa de relações públicas.
4.4 - Obtenção de equação de atenuação
A dissipação da energia sísmica em maciços rochosos é atribuída a três mecanismos
(Atlas Powder Company, 1987):
1 - amortecimento viscoso, um efeito mais pronunciado em altas freqüências, acompanhado por
uma tendência a menores freqüências de vibração com o acréscimo da distância da fonte de energia.
2 - absorção da energia por fricção na propagação da onda, maior em rochas com granulação
grosseira e alta porosidade.
3 - dispersão das ondas sísmicas devido a reflexões em descontinuidades e heterogeneidades no
maciço rochoso.
A esses mecanismos pode-se acrescentar aquele advindo da dispersão geométrica.
Sobre os mecanismos anteriormente enumerados, de maior imprevisibilidade teórica,
sustentam-se as maiores causas de atenuação dos valores de pico das amplitudes de vibração.
Assim, tendo em vista as características de heterogeneidade natural dos maciços rochosos, é
impossível fazer uma previsão teórica confiável dos níveis de vibração em um determinado local.
39
Por outro lado, os mecanismos de atenuação de vibrações relacionados às
propriedades do maciço tendem a produzir trens de ondas vibratórios característicos ao longo da
trajetória de propagação. Assim, pela determinação dos fatores locais de atenuação em um
programa de monitoramento de detonações, os níveis de pico de vibração de detonações futuras no
local podem ser previstos com razoável precisão, através de métodos estatísticos.
Na determinação dos fatores locais de atenuação, busca-se estabelecer uma
correlação entre as amplitudes das vibrações, quantificadas através de deslocamento, aceleração ou
velocidade de partícula, normalmente esta, e os fatores sobre os quais se tem controle, a fonte de
energia, através da massa de explosivos detonada, e a distância entre ela e o ponto de interesse.
A forma geral de uma equação que correlaciona essas três variáveis com a
velocidade de partícula como variável dependente é do tipo:
v = a.Qb.D-c
onde:
v - velocidade de partícula
Q - massa de explosivo detonada instantaneamente
D - distância entre a detonação e o local de interesse.
ou
v = a. (Q/Dc/b)b
O fator (Q/Dc/b) é denominado distância escalonada.
Langefors e Kihlström (1978) propõem a relação Q/D3/2 como distância escalonada
(denominando-a de nível de carga), com base em estudos que envolveram "enorme quantidade de
dados", a distâncias entre 2 m e 60 m das detonações. Consideram serem questionáveis
extrapolações realizadas a partir dos dados analisados para distâncias iguais ou superiores a 1000
metros, tendo obtido resultados satisfatórios a distâncias de centenas de metros.
Siskind et al. (1980) adotam como distância escalonada, em trabalho que envolveu a
análise de 239 dados referentes a detonações em diferentes processos produtivos, a relação D/Q1/2,
proposta por Devine, J. F. (1962). (Dozzi et al.,1984)
40
Ambrasseys & Hendron (1968) adotam como distância escalonada a relação
D/Q1/3. (Chapot, 1981 e Dozzi et al., 1984).
Dinis da Gama (2001) dispõe sobre o tema: "Vários especialistas indicam que esta
relação ([Q/D3]b) é válida para a vizinhança imediata das explosões, aceitando-se que a diminuição
do expoente de D (de 3 para 2) resulta da modificação de característica de atenuação da onda, ao
passar de uma forma instável para uma forma elástica estável, a distâncias maiores da origem da
explosão. A experiência também mostra que a lei empírica de propagação é essencialmente baseada
em detonações de cargas cilíndricas e a consideração de uma simetria cilíndrica na propagação
implica uma lei quadrática de atenuação."
Assim, a partir de um programa de monitoramentos sismográficos que permita a
obtenção de um número razoável de dados, é possível, por meio de análise de regressão,
desenvolver uma equação probabilística de resposta do maciço às detonações originadas em
operações de desmonte de rochas.
Como a equação que se espera obter é uma função potência (v = a.(DE)b), ela não
poderá advir de uma regressão linear simples. Adota-se assim um artifício que permite, mediante
simples transformação, torná-la linear. Uma transformação logarítmica dupla resultará em:
log v = log a + b log DE
que é uma equação representativa de uma reta, possibilitando a obtenção dos coeficientes a e b
através de regressão linear simples, e onde:
v - velocidade de partícula
a - ponto de interceptação da reta ajustada no eixo das ordenadas
b - coeficiente angular da reta ajustada.
A qualidade do ajuste de tal reta é obtida através do coeficiente de correlação r, ou
correlação momento-produto, introduzido por Karl Pearson (Fonseca et al., 1986). Assim, quanto
mais próximo de +1 ou -1 estiver o coeficiente de correlação, maior a qualidade do ajuste da reta
41
proposta. Adota-se na determinação da equação de atenuação o critério de obtenção de distância
escalonada segundo o qual se obtém o melhor coeficiente de correlação momento-produto.
Tratando-se de ajuste de uma reta a partir de pontos de um diagrama de dispersão
obtido através de monitoramentos, Siskind et al. (1980) sugerem, como medida de segurança, seu
deslocamento de dois desvios padrão do conjunto de dados obtidos, o que seria, segundo eles,
suficiente para envolver 97,5% dos dados, ou seu deslocamento para a situação mais desfavorável,
o que significaria envolver todos os dados, resultando, todavia, em estimativa mais conservadora
dos níveis de vibração. Esta última coincide com recomendação elaborada por Langefors e
Kihlström (1978).
É interessante reproduzir outra observação de Dinis da Gama (2001), esta a
respeito da carga de explosivos detonada: "Tais diagramas podem ser obtidos em função ou da
massa total de explosivo detonado, ou da massa detonada por cada retardo do diagrama de fogo,
dependendo da gama de distâncias entre o desmonte e as estruturas a proteger. Com efeito, à
medida que esta distância aumenta, tem lugar uma atenuação seletiva de freqüências (simultânea
com dispersão de velocidades) que origina uma sobreposição dos trens de ondas provenientes dos
vários retardos, a qual não permite a distinção entre ondas individuais. Geralmente, para distâncias
superiores a 1000 metros é formulada a lei de propagação das ondas resultantes da carga explosiva
total e, para distâncias inferiores àquela, utiliza-se a equação das ondas provenientes das cargas
detonadas por retardo."
É possível ainda a obtenção de equação de atenuação a partir de outros modelos
estatísticos, como a regressão linear múltipla.
42
5 - Área de estudo
A área de estudo compreende uma mineração de calcário dolomítico e argilito e um
bairro residencial a ele lindeiro, posicionados a oeste da cidade de Limeira, SP (Anexo I).
Situando-se em área delimitada pelas coordenadas UTM 248 km E e 249 km E e
7.504 km N e 7505 km N (zona 23) - datum Córrego Alegre – ocorre nesse local uma situação
que se repete, independentemente dos motivos: a ocupação do entorno de minerações por
conjuntos residenciais, normalmente habitados por população de baixa renda e os conflitos dela
decorrentes.
Neste caso específico, os embates vêm dando-se entre a empresa mineradora
Abílio Pedro Indústria e Comércio Ltda, que opera no local sob a denominação de Calcário
Cruzeiro, e habitantes do conjunto habitacional Belinha Ometto, cujos limites encontram-se a
aproximadamente 300 metros a sudoeste daqueles estabelecidos como área de lavra do
empreendimento.
O acesso à área dá-se pela estrada municipal Limeira 040, situando-se a área
administrativa do empreendimento em seu quilômetro 03.
5.1 - Atividades de lavra e beneficiamento
A empresa de mineração Abílio Pedro Indústria e Comércio Ltda é detentora de
títulos minerários que incidem sobre parte da área em estudo, no local denominado Fazenda São
Bento. Tais títulos a autorizam a realizar o aproveitamento de calcário dolomítico, utilizado como
corretivo de solos.
Está em processo de regularização o aproveitamento econômico de argilito, material
que compõe o capeamento do calcário dolomítico. Durante muitos anos considerado como material
estéril, foi utilizado principalmente na recuperação de áreas lavradas.
Os trabalhos de lavra são realizados a céu aberto, em cava, dada sua posição em
relação ao nível principal dos trabalhos.
As bancadas desenvolvidas apresentam alturas variáveis, acompanhando
razoavelmente as variações litológicas existentes e são denominadas de acordo com terminologia
local. Assim, da base para o topo, para fins de lavra, são denominadas de:
43
- “calcário”: calcário dolomítico, ocorrendo na base da jazida com uma altura média de 3,70
metros. Integra a Formação Irati e, em função de suas características químicas, tem sido
utilizado na agricultura, como corretivo de solo.
- “carvão”: com altura média de 11,00 metros, é constituída por intercalação de folhelho e
calcário, sendo parcialmente aproveitado, quando é maior a participação de calcário. Formação
Irati.
- “lajão”: com altura média de 7,5 metros é constituída por siltito compacto de coloração
acinzentada. Em sua base apresenta três camadas de aproximadamente 0,40 metros de
espessura de calcário silicoso, intercaladas por duas delgadas camadas de siltito. Formação
Corumbataí
- “cascalho”: com altura média de 11,00 metros é constituída também por siltito acinzentado.
Distingue-se da anterior por apresentar incidência maior de fraturamento. Formação
Corumbataí.
- “argila b1”: com 12,50 metros de altura, em média, é composta por siltito acastanhado em sua
base, em altura aproximada de 4,00 metros e argilito marrom arroxeado. Formação
Corumbataí.
- “argila b2”: com 16,00 metros de altura é constituída de argilito amarronado. Formação
Corumbataí.
- “arenito”: constituindo o topo do material consolidado, apresenta altura média de 10,00 metros
de altura. Formação Corumbataí.
À tal seqüência sucede camada de solo com espessura média de 2,00 metros.
As operações unitárias de desenvolvimento iniciam-se com a remoção da camada
de solo por meio de escavação e carregamento através de pá carregadeira e transporte por
caminhões basculantes. O material é transportado até locais situados em áreas anteriormente
submetidas a trabalhos de lavra onde são realizadas pilhas de estéril.
Uma vez removida a camada de solo superficial, a etapa seguinte, seja na
continuidade do desenvolvimento, através da remoção do material estéril remanescente, ou na lavra
da jazida, consiste no desmonte de rocha com uso de explosivos.
A perfuração primária da rocha é realizada através de perfuratriz pneumática,
seguindo disposição estabelecida em plano de fogo definido para cada bancada.
44
O explosivo utilizado é o ANFO em toda a coluna, sendo a escorva realizada
através de acessório não elétrico com tempo de retardo de 250 milisegundos e cartucho de 1" x 8"
de emulsão explosiva. A ligação entre furos é realizada por intermédio de acessório não elétrico com
tempos de retardo de 17 milisegundos e 25 milisegundos. A iniciação do fogo dá-se a partir de
conjunto dotado de estopim hidráulico e espoleta simples.
Após as operações de desmonte, os fragmentos de rocha são carregados por pá
carregadeira em caminhões basculantes e transportados para disposição em pilhas de estéril ou até a
unidade de beneficiamento da empresa.
O beneficiamento do calcário é constituído exclusivamente por operações de
cominuição, com britadores de mandíbula em estágios primário e secundário seguida por moagem
através de moinhos de martelos, e classificação por peneiramento.
5.2 - Monitoramento sismográfico
5.2.1 - Equipamentos utilizados
Foram utilizados dois sismógrafos de engenharia e geofones a eles acoplados de
propriedade do Departamento de Geologia Aplicada do IGCE/UNESP - Rio Claro, com as
seguintes características técnicas:
- BlastMate Series III da Instantel Inc. – sismógrafo de engenharia, digital, composto de um corpo
receptor que capta, processa e registra os sinais recebidos, contendo uma impressora interna que
imprime o sismograma completo do evento; um geofone externo com três canais de registro
sísmicos dispostos triortogonalmente; e um microfone para registro de sobrepressão atmosférica.
- MiniMate Plus da Instantel Inc. – sismógrafo de engenharia, digital, composto de um corpo
receptor que capta, processa e registra os sinais recebidos; um geofone externo com três canais de
registro sísmicos dispostos triortogonalmente; e um microfone para registro de sobrepressão
atmosférica.
Ambos são dotados de resposta de freqüência de 2 Hz a 300 Hz e capacidade de
processamento padrão de 1024 amostras por segundo por canal, com opções de 2048 e 4096
amostras por segundo com a utilização de quatro canais. As amplitudes limite de registro de
velocidade de partícula variam entre 0,127 mm/s a 254 mm/s, com resolução de 0,0159 mm/s.
45
Possuem capacidade de memória RAM de 1 Mb e 6 módulos de registro. Dispõe de microfone
para registro de sobrepressões atmosféricas em amplitudes que variam de 88 dB(L) a 148 dB(L).
Possibilitam a utilização de sistema automático de disparo tanto através do geofone, a partir de
0,127 mm/s, como através do microfone, a partir de 100 dB(L). Sua precisão é de 3% a 15 Hz
para os registros de vibração propagada pelo terreno e 0,2 dB(L), a 30 Hz e 124 dB(L) para os de
sobrepressão atmosférica.
Os sismógrafos são dotados de transdutores e de softwares analisadores, fornecendo
simultaneamente, por componente, registros de velocidade de vibração da partícula, dados sobre
aceleração, deslocamento, freqüências e pressão sonora.
O fabricante recomenda a calibração anual dos aparelhos.
5.2.2 - Dados obtidos
Os monitoramentos dos níveis de vibração do terreno provocados pelas operações
de desmonte de rocha com uso de explosivos foram realizados por meio de registros de velocidade
de vibração da partícula no período compreendido entre dezembro de 1999 e novembro de 2003,
com a obtenção de 45 registros sismográficos provenientes de 30 detonações, ou fogos, em duas
etapas distintas (Anexos II e III).
5.2.2.1 - Dados obtidos na primeira etapa de monitoramentos
A primeira etapa, realizada entre 17 de dezembro de 1999 e 08 de dezembro de
2000, deu-se com o monitoramento de 10 fogos detonados na frente A e 2 fogos detonados na
frente B, e a obtenção de 14 e 3 registros, respectivamente. A maior parte desses fogos foram
executados na bancada “cascalho”, constituída pela mesma formação litológica em que se apóia a
porção nordeste do conjunto habitacional Belinha Ometto, região onde foram realizados os
respectivos monitoramentos .
Seguindo orientação da empresa, a localização dos pontos de monitoramento
balizou-se, no conjunto habitacional, por locais de onde provinham queixas dos moradores em
relação às vibrações. Os demais pontos posicionaram-se na porção interna da área de mineração,
46
em locais por ela selecionados, ou em locais que permitissem variações nas distâncias escalonadas,
de forma a permitir a obtenção de equação de atenuação local.
Os dados relativos a esses monitoramentos, incluindo a distância dos locais de
detonação nas frentes A e B e os pontos de monitoramento, bem como os respectivos planos de
fogo, foram fornecidos pela equipe técnica da empresa.
Seu objetivo foi a obtenção de dados que permitissem a adequação dos
procedimentos adotados pela empresa de forma a atender os limites máximos de vibração previstos
no projeto de norma D7.013 - Mineração por Explosivos (Cetesb, 1992), que admite como
velocidade resultante de partícula o valor máximo de 4,2 mm/s nos limites da área da mineração.
Os dados referentes aos planos de fogo monitorados e aos registros obtidos
encontram-se nas Tabelas 5.2.2.1.1 e 5.2.2.1.2
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49
5.2.2.2 - Dados obtidos na segunda etapa de monitoramentos
Os monitoramentos realizados na Segunda etapa de aquisição de dados deram-se
com o objetivo de analisar o comportamento da equação anteriormente obtida, procurando verificar
sua aplicabilidade em relação aos fogos praticados, abrangendo diversas bancadas com diferentes
litologias.
Nessa etapa foram monitorados 20 fogos, no período compreendido entre 24 de
abril a 25 de novembro de 2003, todos na frente B, em todas as bancadas, com a obtenção de 28
registros.
Os dados relativos aos planos de fogo foram fornecidos pela empresa, sendo o
posicionamento dos locais dos fogos obtidos a partir de GPS de navegação.
Procurando limitar o número de variáveis envolvidas, os pontos de monitoramento
foram inicialmente fixados em três:
- ponto 1: escritório da empresa (248.763 m E; 7.504.352 m N)
- ponto 2: fundos da residência situada na rua 16, nº 35 (248.615 m E; 7.504.349 m N);
- ponto 3: estrada municipal Limeira 040, na altura do prolongamento da Av. Canadá (248.406 m
E; 7.504.500 m N).
Um único registro foi realizado na estrada municipal Limeira 040, na altura do
prolongamento da Av. 17 (248.612 m E; 7.504.378 m N).
A fixação dos sensores ao solo foi feita com pinos, observadas as recomendações
existentes quanto a sua orientação e nivelamento nas duas etapas de monitoramento.
Os dados referentes aos planos de fogo monitorados e aos registros obtidos
encontram-se nas Tabelas 5.2.2.2.1 e 5.2.2.2.2
Tab
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5.2.
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1,65
160,
762
571,
520
141,
88
52
6. Análise e interpretação dos dados
Conforme referido anteriormente, de posse dos elementos necessários, ou seja, os
registros sismográficos obtidos em pontos predeterminados, os planos de fogo cuja execução os
originaram e as distâncias entre eles, é possível a obtenção de equações probabilísticas de
atenuação de aplicação local através de análise de regressão. Em outras palavras, torna-se factível o
estabelecimento de fórmula empírica que interprete a relação funcional entre as variáveis velocidade
resultante de partícula, distância e carga máxima de explosivos.
Os dados referentes às velocidades resultantes de partícula, neste caso específico,
uma vez que as normas existentes referem-se a tal parâmetro, em milímetros por segundo,
constantes dos registros sismográficos, serão analisados em relação às distâncias escalonadas.
A distância escalonada, por sua vez, será adotada a partir do melhor coeficiente de
correlação entre os logaritmos das velocidades resultantes de partícula constantes de tais registros e
das distâncias escalonadas obtidas nos eventos que os geraram, utilizando-se dos critérios definidos
por Devine (In Dozzi et al., 1984), Langefors e Kihlström (1978), e Ambrasseys e Hendron (In
Chapot, 1981 e Dozzi et al., 1984) .
Assim, a equação probabilística de atenuação determinada a partir de 15 registros
sismográficos obtidos na primeira etapa dos monitoramentos realizados, nas frentes A e B, excluídos
os de números 12 e 13 - fogo 1394a de 25/05/00 - por tratar-se de detonação em uma única mina
e não ser considerado representativo de um fogo rotineiro, pode ser assim escrita:
v = 58.434,495 x DE -2,10464 .......... (eq. 6.1)
sendo DE, ou distância escalonada, obtida através do critério de Ambrasseys e Hendron (op.cit.),
uma vez que os coeficientes de correlação encontrados foram:
critério de Devine (op.cit.): -0,837;
critério de Langefors e Kihlström (op.cit.): 0,744;
critério de Ambrasseys e Hendron (op.cit.): -0,906.
E a envoltória de máxima energia, assim considerada como o deslocamento da
equação obtida para a situação mais desfavorável, nos moldes sugeridos por Langefors e Kihlström
(1978), é expressa como:
vmax = 104.253,99 x DE -2,10464 .......... (eq. 6.2)
53
com
v e vmax em milímetros por segundo;
distância em metros;
carga máxima de explosivos por espera em quilogramas.
A figura 6.1 permite a visualização, em gráfico de dispersão, dos registros obtidos e
das equações de atenuação e de máxima energia.
Figura 6.1 - Registros obtidos na primeira etapa de monitoramentos e equações de atenuação e de máxima energia.
Tais equações de atenuação e de máxima energia, tendo em vista as características
da coleta dos dados, são consideradas como omnidirecionais e pautaram os desmontes de rocha
realizados a partir de sua obtenção.
Na segunda etapa de monitoramentos foram obtidos 8 registros no ponto 1, 16
registros no ponto 2, 3 registros no ponto 3 e um registro no ponto 4 (figura 6.2).
Os registros de velocidade resultante de partícula obtidos na segunda etapa de
monitoramentos apresentam elevada dispersão em seus valores, quando comparados com aqueles
oriundos na etapa anterior, conforme demonstram os coeficientes de correlação obtidos segundo os
diferentes critérios:
0,1
1
10
100
1000
1 10 100 1000
Distância escalonada (m/kg1/3)
Vel
oci
dad
e d
e p
artí
cula
(m
m/s
)
eq. atenuação eq. max. energia registros
54
critério de Devine (op.cit.): -0,635;
critério de Langefors e Kihlström (op.cit.): 0,604;
critério de Ambrasseys e Hendron (op.cit.): -0,654.
Figura 6.2 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos.
Apresentaram também valores de velocidade resultante de partícula sensivelmenteinferiores àqueles obtidos na primeira etapa, resultado da adequação, por parte da empresa, dascargas máximas de explosivos detonadas instantaneamente, considerando-se a distância do fogo aolocal a ser preservado. (figuras 6.3 e 6.4).
Figura 6.3 - Registros obtidos em residência situada na rua 16 n.º 35, na primeira e segunda etapas de monitoramento.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0 50 100 150 200 250 300
Distância escalonada (m/kg1/3)
Vel
oci
dad
e d
e p
artí
cula
(m
m/s
)
ponto 1 ponto 2 ponto 3 ponto 4
0
1
2
3
4
5
6
7
0 50 100 150 200 250
Distância escalonada (m/kg1/3)
Vel
oci
dad
e d
e p
artí
cula
(m
m/s
)
registros residência primeira etapa
registros residência segunda etapa
55
Figura 6.4 - Registros obtidos no escritório da empresa na primeira e segunda etapas de monitoramento.
Uma vez que na obtenção dos registros da primeira etapa de monitoramentos os
eventos de detonação concentraram-se na bancada “cascalho”, nas frentes A, principalmente, e B,
enquanto aqueles da segunda etapa as detonações distribuíram-se por todas as bancadas, na frente
B, aventou-se a possibilidade de que tal dispersão de valores decorresse de fatores associados à
litologia onde as perturbações originaram-se e à compartimentação do maciço. Análises dos
registros sismográficos obtidos nessa etapa de monitoramentos agrupados segundo as bancadas -
equivalente a agrupar por litologias - e pontos de monitoramento - equivalente a agrupar segundo
direções de propagação - resultaram inconclusivas.
Variações decorrentes de fatores operacionais relativos à execução dos planos de
fogo que pudessem ocasionar tais dispersões foram desconsideradas uma vez que:
- as bancadas são relativamente baixas e o material a ser desmontado não apresenta resistência
suficiente à penetração da ferramenta de corte que causasse desvios de furos significativos;
- as faces das bancadas apresentam regularidade;
- os trabalhos de demarcação dos locais a serem perfurados, execução da perfuração e
carregamento de explosivos são conduzidos de maneira criteriosa.
- a preparação do explosivo utilizado nos desmontes (ANFO) também é realizada com critério,
sendo inclusive submetido a controle de qualidade através de mensuração periódica de velocidade
de detonação.
0
2
4
6
8
0 50 100 150 200 250 300
Distância escalonada (m/kg 1/3)
Vel
oci
dad
e d
e p
artí
cula
(m
m/s
)
registros escritório primeira etapa
registros escritório segunda etapa
56
Por outro lado, a análise dos dados obtidos na segunda etapa de monitoramentos,
agrupados segundo os intervalos de tempo previstos em planos de fogo para a detonação entre
minas, ou grupo delas, consecutivas, sugere estar a principal causa da dispersão verificada associada
a desvios em tais tempos. Gráficos de dispersão foram elaborados adotando esse critério,
agrupando-se os dados dos desmontes que geraram as perturbações quando se previa, a partir dos
planos de fogo:
- detonação instantânea de uma única mina e intervalo de tempo entre a detonação de minas
consecutivas menores ou iguais a 17 milisegundos;
- detonação instantânea de uma única mina e intervalo de tempo entre a detonação de minas
consecutivas igual a 25 milisegundos;
- detonação simultânea de duas ou mais minas e intervalo de tempo entre a detonação de grupos
de minas consecutivos menores ou iguais a 17 milisegundos;
- detonação simultânea de duas ou mais minas e intervalo de tempo entre a detonação de grupos
de minas consecutivos igual a 25 ms.
Para tanto foram analisados todos os planos de fogo executados nessa etapa, considerando-se os
tempos nominais dos elementos de retardo de superfície deles constantes, uma vez que os tempos
dos acessórios de detonação utilizados na iniciação da coluna de explosivos foram todos de 250 ms.
As figuras 6.5 e 6.6 apresentam os resultados obtidos, esta em escala bilogarítmica.
Nelas pode-se observar que os maiores valores de velocidade de partícula estão associados às
perturbações causadas pelos desmontes em que se previa, nos planos de fogo, a detonação
instantânea de uma única mina e intervalo de tempo entre a detonação de minas consecutivas
menores ou iguais a 17 milisegundos, indicando seu vínculo aos tempos nominais de retardo de
superfície utilizados. É possível ainda observar que os menores valores de velocidade de partícula
estão associados àquelas perturbações originadas em desmontes quando se previa a detonação
simultânea de duas ou mais minas, independentemente do intervalo de tempo decorrido entre a
detonação de grupos de minas consecutivos, sugerindo sua associação a desvios nos tempos de
retardo nominais dos acessórios de detonação utilizados na iniciação da coluna de explosivos.
57
Figura 6.5 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos, agrupados segundo características dos planos de fogo.
Figura 6.6 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos, agrupados segundo características dos planos de fogo, em escala bilogarítmica.
0
1
2
3
4
5
0 50 100 150 200 250 300Distância Escalonada (m/kg1/3)
Vel
oci
dad
e d
e P
artíc
ula
(m
m/s
)
≤ 17 ms com detonação instantânea de uma única mina25 ms com detonação intantânea de uma única mina≤ 17 ms com detonação simultânea de duas ou mais minas25 ms com detonação simultânea de duas ou mais minas
0
1
10
1 10 100 1000
Distância Escalonada (m/kg1/3)
Vel
oci
dad
e d
e P
artíc
ula
(m
m/s
)
≤ 17 ms com detonação instantânea de uma única mina25 ms com detonação intantânea de uma única mina≤ 17 ms com detonação simultânea de duas ou mais minas25 ms com detonação simultânea de duas ou mais minas
58
Análise similar foi realizada para os dados obtidos na primeira etapa de
monitoramentos. Os resultados obtidos podem ser visualizados através das figuras 6.7 e 6.8. Nelas
é possível observar condição análoga àquela encontrada a partir dos dados obtidos na segunda
etapa de monitoramentos para os menores valores de velocidade de partícula.
Figura 6.7 - Registros obtidos na primeira etapa de monitoramentos, agrupados segundo características dos planos de fogo.
Figura 6.8 - Registros obtidos na primeira etapa de monitoramentos, agrupados segundo características dos planos de fogo, em escala bilogarítmica.
01020304050607080
0 50 100 150 200
Distância Escalonada (m/kg1/3)
Vel
oci
dad
e R
esu
ltan
te (
mm
/s)
≤ 17 ms com detonação instantânea de uma única mina≤ 17 ms com detonação simultânea de duas ou mais minas25 ms com detonação intantânea de uma única mina25 ms com detonação simultânea de duas ou mais minas
0
1
10
100
1 10 100 1000
Distância Escalonada (m/kg1/3)
Vel
oci
dad
e R
esu
ltan
te (
mm
/s)
≤17 ms com detonação instantânea de uma única mina≤ 17 ms com detonação simultânea de duas ou mais minas25 ms com detonação intantânea de uma única mina25 ms com detonação simultânea de duas ou mais minas
59
Os registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos apresentam, ainda,
valores de velocidade resultante de partícula que extrapolam os limites estabelecidos pela equação
de máxima energia anteriormente desenvolvida (eq. 6.2) em sete situações distintas, representadas
pelos registros números 20, 21, 22, 30, 33, 34 e 41 (figura 6.9). Tal situação demostra que a
extrapolação da equação de atenuação desenvolvida a partir dos dados obtidos na primeira etapa
de monitoramentos para a condição mais desfavorável então obtida não atingiu sua finalidade, que
seria a indicação da maior velocidade resultante de partícula a ser atingida para uma determinada
distância escalonada. Impõe-se, assim, a necessidade de desenvolvimento de nova equação que
atenda à situação observada na segunda etapa de monitoramentos.
Figura 6.9 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos e equação de máxima energia desenvolvida a partir dos registros provenientes da primeira.
Considerando-se os coeficientes de correlação encontrados para os dados obtidos
na etapa recente de monitoramentos, bem como a pequena amplitude das velocidades resultantes de
partícula, optou-se pelo desenvolvimento de novas equações de atenuação e de máxima energia,
omnidirecionais, a partir dos critérios anteriormente citados, considerando todos os registros, assim
expressas:
0123456789
0 50 100 150 200 250 300
Distância escalonada (m/kg1/3)
Vel
oci
dad
e d
e p
artí
cula
(m
m/s
)
eq. max. energia ponto 1 ponto 2
ponto 3 ponto 4
60
- equação de atenuação v = 17.419,848 x DE -1,82254 ........... (eq. 6.3)
- equação de máxima energia vmax = 43.357,871 x DE-1,82254 .... (eq. 6.4)
Sendo DE, ou distância escalonada, obtida através do critério de Ambrasseys e Hendron (op.cit.),
uma vez que os coeficientes de correlação encontrados foram:
critério de Devine (op.cit.): -0,863;
critério de Langefors e Kihlström (op.cit.): 0,814;
critério de Ambrasseys e Hendron (op.cit.): -0,899;
com:
v e vmax em milímetros por segundo;
distância em metros;
carga máxima de explosivos por espera em quilogramas.
Sendo que esta equação de máxima energia é mais restritiva que aquela obtida anteriormente,
considerando-se sua faixa de utilização (figura 6.10).
Figura 6.10 - Registros das duas etapas de monitoramento e equações 6.2 e 6.4.
0,1
1
10
100
1000
1 10 100 1000
Distância Escalonada (m/kg1/3)
Vel
oci
dad
e d
e R
esu
ltan
te (
mm
/s)
equação 6.2 equação 6.4
registros 1a etapa registros 2a etapa
61
7 - Determinação dos tempos de retardo
Os indicativos de que a dispersão dos valores de velocidade de partícula obtidos em
campo pudesse estar associada, ao menos em parte, a desvios nos tempos dos elementos de
retardo em relação àqueles apontados pelo fabricante, levaram à concepção de experimentos que
possibilitassem sua determinação com os equipamentos disponíveis: os sismógrafos de engenharia
Blastmate III e Minimate Plus.
Partindo do princípio de que perturbações geradas em instantes distintos poderiam
ser captadas e registradas por tais aparelhos, a realização do experimento vinculava-se à sua
operacionalização, que deveria atender aos quesitos de confiabilidade, segurança, praticidade e
economicidade.
Deveria contemplar ainda o tipo específico dos elementos de retardo utilizados no
empreendimento quando ocorreram os monitoramentos de vibrações. Tais acessórios de detonação
são do tipo não elétrico, constituindo-se de conjuntos dotados de tubetes plásticos de comprimentos
determinados e espoleta de retardo em uma de suas extremidades, com seu tempo vinculado ao
desempenho do conjunto. Os tempos de retardo ali adotados são de 17, 25 e 250 milisegundos.
Concebeu-se uma situação em que seriam realizados dois furos. Em um deles seria
inserido um conjunto estopim/espoleta simples com a função de, quando detonada, iniciar o
conjunto não elétrico a ela conectado e disparar o equipamento de registro. O outro abrigaria a
extremidade do conjunto não elétrico dotado de espoleta de retardo. A instalação do sensor, ou
geofone, do sismógrafo de engenharia deveria dar-se de maneira eqüidistante dos furos. Para
minimizar a possibilidade de ocorrência de descontinuidades no meio de propagação que pudessem
distorcer os resultados, a distância entre o geofone e os furos deveria ser a menor possível (figura
7.1).
62
Figura 7.1 – Esquema de montagem do experimento.
Inicialmente tal experimento foi realizado em janeiro de 2004, tendo-se o solo como
meio de propagação, pelas facilidades em sua execução. Os furos foram efetuados com trado
manual de 1" de diâmetro e trinta centímetros de profundidade. A distância adotada entre furos foi
de 1,5 metros e a distância entre eles e o geofone de 3,0 metros. Os retardos utilizados foram de 25
milisegundos. O aparelho utilizado foi o BlastMate III, configurado em modo Normal (amplitude
máxima de 254 mm/s) e o processamento de 1024 amostras por segundo. A orientação do geofone
deu-se ao furo que iniciaria o processo de registro, e sua fixação deu-se por meio de pinos. O
disparador foi configurado para atuar a amplitudes de 0,5 milímetros por segundo.
A possibilidade de danos causados ao tubete plástico do elemento de retardo não
elétrico pelo calor liberado na queima do estopim, podendo ocasionar sua falha, levou à sua fixação,
com fita adesiva, a distância de aproximadamente um centímetro entre eles.
Após alguns resultados insatisfatórios, decorrentes da superposição dos trens de
onda originários das duas perturbações, em razão das características elásticas do meio de
propagação, na forma como o experimento foi conduzido, e da baixa resolução dos registros,
optou-se por:
- alterar as configurações do sismógrafo para o modo sensível (amplitude máxima de 31,7 mm/s) e
processamento de 4096 amostras por segundo.
- solidarizar à espoleta de retardo dos conjuntos não elétricos de ligação espoleta simples. Este
procedimento justifica-se pela amplificação do sinal gerado em sua detonação, uma vez que a carga
de explosivos das espoletas de retardo dos conjuntos não elétricos é reduzida, quando comparada à
das espoletas simples n.º 8 (figura 7.2).
dd
df
furo 1
furo 2
geofone
63
Os demais procedimentos foram mantidos.
Figura 7.2- Esquema de montagem dos conjuntos espoleta/estopim e não elétrico de retardo.
Foram realizados três experimentos em 20 de janeiro de 2004 com conjuntos de
espoleta simples e retardo de 25 milisegundos e dois apenas com espoleta simples. Tal
procedimento repetiu-se em 22 de janeiro. Em ambos os dias a instalação do geofone deu-se uma
única vez, com a reutilização parcial dos furos - procurando recompor sua conformação original,
alterada pelas detonações, realizou-se o preenchimento com solo de 2/3 de sua profundidade,
gradualmente compactado e reexecução até a profundidade inicial.
Os resultados obtidos em 22 de janeiro podem ser visualizados nas figuras 7.3.a,
7.3.b, e 7.3.c. Tais gráficos de dispersão foram realizados com a importação dos dados de registros
de detonação de espoleta simples e de espoleta simples e retardo de 25 ms, do software
BlastWare Series III para o Microsoft Excel 97.
Como pode ser constatado, os resultados apresentam similaridade, com registros
referentes a dois conjuntos “espoleta simples/retardo” praticamente superpostos e o terceiro
apresentando defasagem em relação a eles, indicando a ocorrência de desvios nos tempos de
retardos. Resultados semelhantes foram obtidos em 20 de janeiro.
O artifício utilizado para a determinação dos tempos de retardo foi promover a
deconvolução do sinal proveniente do registro do conjunto “espoleta simples/retardo” daquele
originado pela espoleta. Para tanto serão utilizados os registros obtidos naquela data unicamente
pelas espoletas simples (figuras 7.4.a., 7.4.b e 7.4.c).
As figuras 7.5.a, 7.5.b e 7.5.c representam os resultados obtidos a partir dos
procedimentos descritos, utilizando-se os dados constantes nos registros "espoleta 2" e "ter retardo"
de 22 de janeiro de 2004.
espoleta estopim
tubete plásticoestopim
espoleta não elétrico
espoleta reforçadora
para furo 2
para furo 1
64
A deconvolução tem o significado de um filtro aplicado ao sinal originado pelo
conjunto “espoleta simples/retardo", dele expurgando o sinal proveniente da espoleta simples, com a
obtenção da representação daquele provocado apenas pelo retardo, com poucas distorções,
mantidas as referências de tempo.
Os pontos indicados através de setas nas figuras 7.5.a, 7.5.b e 7.5.c indicam pontos
homólogos da representação da perturbação causada pela espoleta simples n.º 8 e da
representação da perturbação decorrente, exclusivamente, da espoleta de retardo, obtida através de
deconvolução. O intervalo de tempo compreendido entre ambos é o considerado como o tempo de
retardo.
Os valores obtidos para os acessórios de detonação com tempo de retardo nominal
de 25 ms encontram-se na tabela A.1.
Tabela 7.1 - Tempos de retardo - solo (janeiro de 2004).
data registro tempo observado (ms)* desvio (ms) desvio (%)
20/01/04 prim 25 ms 20,9 -4,1 -16,4
20/01/04 seg 25 ms 26,1 1,1 4,4
20/01/04 ter 25 ms 26,6 1,6 6,4
22/01/04 prim 25 ms 25,1 0,1 0,4
22/01/04 seg 25 ms 21,5 -3,5 -14,0
22/01/04 ter 25 ms 24,9 -0,1 -0,4
*valores arredondados para a primeira casa decimal.
65
Figura 7.3.a - Registros obtidos na componente transversal; eventos monitorados em 22/01/04 a partir de conjuntos compostos por espoleta simples e de retardo de 25 ms.
Figura 7.3.b - Registros obtidos na componente vertical; eventos monitorados em 22/01/04 a partir de conjuntos compostos por espoleta simples e de retardo de 25 ms..
Figura 7.3.c - Registros obtidos na componente longitudinal; eventos monitorados em 22/01/04 a partir de conjuntos compostos por espoleta simples e de retardo de 25 ms.
-6
-4
-2
0
2
4
6
-0,02 0 0,02 0,04 0,06
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
prim retardo seg retardo ter retardo
-8-6-4-20
2468
-0,02 0 0,02 0,04 0,06
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
prim retardo seg retardo ter retardo
-10
-5
0
5
10
-0,02 0 0,02 0,04 0,06
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
prim retardo seg retardo ter retardo
66
Figura 7.4.a - Registros obtidos na componente transversal; eventos monitorados em 22/01/04 a partir de espoleta simples n.º 8.
Figura 7.4.b - Registros obtidos na componente vertical; eventos monitorados em 22/01/04 a partir de espoleta simples n.º 8..
Figura 7.4.c - Registros obtidos na componente longitudinal; eventos monitorados em 22/01/04 a partir de espoleta simples n.º 8.
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
-0,02 0 0,02 0,04 0,06
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
espoleta 1 espoleta 2
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
-0,02 0 0,02 0,04 0,06
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
espoleta 1 espoleta 2
-10
-5
0
5
10
-0,02 0 0,02 0,04 0,06
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
espoleta 1 espoleta 2
67
Figura 7.5.a - Registros obtidos na componente transversal; eventos monitorados em 22/01/04 e representação do sinal "ter retardo" deconvoluido do sinal "espoleta 2".
Figura 7.5.b - Registros obtidos na componente vertical; eventos monitorados em 22/01/04 e representação do sinal "ter retardo" deconvoluido do sinal "espoleta 2".
Figura 7.5.c - Registros obtidos na componente longitudinal; eventos monitorados em 22/01/04 e representação do sinal "ter retardo" deconvoluido do sinal espoleta 2".
-6
-4
-2
0
2
4
6
-0,02 0 0,02 0,04 0,06
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
espoleta 2 ter retardo deconvolução
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
-0,02 0 0,02 0,04 0,06
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
espoleta 2 ter retardo deconvolução
-10
-5
0
5
10
-0,02 0 0,02 0,04 0,06
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
espoleta 2 ter retardo deconvolução
68
Em junho de 2004 novos ensaios foram realizados para a determinação de tempos
de retardo em acessórios com tempos nominais de 17 milisegundos e 25 milisegundos, utilizados na
ligação entre furos e 250 milisegundos, na iniciação da coluna de explosivos. Tais acessórios de
detonação integravam lote obtido através da mesma aquisição daqueles utilizados em janeiro, tendo
sido mantidos armazenados para esta finalidade. Uma vez que tais aquisições não contemplam
grandes quantidades, não foi possível observar dados como data de fabricação e número de lote,
sendo todos de fabricação de Britanite IBQ Indústrias Químicas, fornecedor que supriu as
necessidades do empreendimento ao longo do ano de 2003.
Nessa etapa o meio de propagação escolhido foi um maciço basáltico, sendo os
furos realizados em um afloramento natural por meio de perfuratriz de impacto elétrica. Com 20
centímetros de profundidade e 19 milímetros de diâmetro tais furos foram realizados à distância de
50 centímetros um do outro. O geofone foi posicionado a 1,3 metros de distância de ambos os
furos, fixado ao maciço através de pasta de gesso e orientado ao furo que iniciaria o processo de
registro. A fim de melhorar as condições de propagação das perturbações geradas pelas
detonações os furos foram preenchidos com água antes de cada evento.
O aparelho utilizado foi o MiniMate Plus, com as mesmas configurações
anteriormente descritas. Também foram mantidas as características de montagem dos conjuntos
espoleta simples/não elétrico, à exceção daqueles em que foram utilizados não elétricos de coluna,
de 250 milisegundos, o que permitiu sua utilização sem que a ele fosse acoplada espoleta simples
extra, dada a característica de sua carga explosiva.
Em 08 de junho de 2004 foram realizados seis eventos que contemplaram
montagens contendo acessórios de todos os tempos citados, sendo dois de cada tempo. Os
resultados foram considerados satisfatórios, com os registros apresentando as perturbações
decorrentes da espoleta simples utilizada para a iniciação do evento individualizada em relação à do
retardo, possibilitando a leitura direta dos tempos de retardo através do software BlastWare Series
III na componente vertical. Nas demais componentes considerou-se que a conjugação da pequena
amplitude observada nos registros com intenso ruído de fundo, em relação às amplitudes obtidas,
poderia comprometer os resultados. Atribuiu-se tal ruído de fundo a atividades desenvolvidas no
entorno do local.
Em 19 de junho foram realizados 19 eventos que contemplaram cinco montagens
contendo retardos de 17 milisegundos, oito de 25 milisegundos e seis de 250 milisegundos, sendo
69
utilizados os mesmos furos anteriormente feitos. As demais condições foram mantidas, inclusive na
fixação do geofone. Os resultados obtidos foram similares àqueles de 08 de junho, inclusive em
relação ao ruído de fundo, ainda que em menor intensidade, já que nesta ocasião inexistiam
atividades em seu entorno.
Tendo em vista que tais ruídos de fundo dificultam, mesmo na componente vertical,
a determinação precisa do instante em que iniciam os registros decorrentes das perturbações
geradas, adotou-se como referencial na determinação do intervalo de tempo os primeiros picos de
cada perturbação. Os resultados obtidos encontram-se na Tabela 7.2.
Tabela 7.2 - Tempos de retardo - basalto (junho de 2004).
data hora tempo nominal (ms) tempo observado(ms) *
desvio (ms) desvio (%)
08/06/04 17:31 17 16,8 -0,2 -1,1808/06/04 17:55 17 14,4 -2,6 -15,2919/06/04 17:02 17 13,7 -3,3 -19,4119/06/04 17:05 17 16,8 -0,2 -1,1819/06/04 17:08 17 14,9 -2,1 -12,3519/06/04 17:12 17 13,2 -3,8 -22,3519/06/04 17:15 17 16,1 -0,9 -5,2908/06/04 17:36 25 22,9 -2,1 -8,4008/06/04 18:13 25 29,3 4,3 17,2019/06/04 17:20 25 25,4 0,4 1,6019/06/04 17:24 25 25,4 0,4 1,6019/06/04 17:34 25 26,4 1,4 5,6019/06/04 17:36 25 27,1 2,1 8,4019/06/04 17:39 25 23,4 -1,6 -6,4019/06/04 17:44 25 22,9 -2,1 -8,4019/06/04 17:50 25 23,9 -1,1 -4,4019/06/04 18:31 25 27,6 2,6 10,4008/06/04 17:41 250 251,4 1,4 0,5608/06/04 18:21 250 250,9 0,9 0,3619/06/04 18:00 250 248,8 -1,2 -0,4819/06/04 18:04 250 260,3 10,3 4,1219/06/04 18:08 250 259,3 9,3 3,7219/06/04 18:13 250 242,0 -8,0 -3,2019/06/04 18:17 250 241,7 -8,3 -3,3219/06/04 18:22 250 250,5 0,5 0,20
* Valores observados arredondados para a primeira casa decimal.
70
O método adotado para estimar os tempos de retardo de acessórios de detonação
não elétricos redundou em resultados que, ainda que apresentem relativa consistência, carecem de
estudos mais aprofundados.
Ensaios sistemáticos com a utilização conjunta de aparelhos de medição de
velocidade de detonação poderão estimar precisão e deficiências do ensaio, influência das
características do meio de propagação, bem como as limitações na utilização dos sismógrafos de
engenharia com esta finalidade.
Demonstrada sua precisão pode vir a tornar-se ferramenta importante no controle
de qualidade de tais acessórios de detonação.
71
Figura 7.6.a - Comparativo entre os registros 17:31, de 08/06/04 e 17:05 de19/06/04, na componente vertical, a partir de retardos com tempos nominaisde 17 ms. Os valores observados foram de 16,8 ms.
Figura 7.6.b - Comparativo entre os registros 17:05 e 17:12 de 19/06/04, nacomponente vertical, a partir de retardos com tempos nominais de 17 ms. Osvalores observados foram de 16,8 ms e 13,2 ms, respectivamente.
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
08/06 - registro 17:31 19/06 - registro 17:05
-4-3
-2-1
01
23
4
-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
19/06 -registro 17:05 19/06 - registro 17:12
72
Figura 7.7.a - Comparativo entre os registros 17:20 e 17:24 de 19/06/04, nacomponente vertical, a partir de retardos com tempos nominais de 25 ms. Osvalores observados foram de 25,4 ms.
Figura 7.7.b - Comparativo entre os registros 17:36 e 18:13 de 08//06/04, nacomponente vertical, a partir de retardos com tempos nominais de 25 ms. Osvalores observados foram de 22,9 ms e 29,3 ms, respectivamente.
-4-3-2-101234
-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
19/06 - registro 17:20 19/06 - registro 17:24
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
08/06 - registro 17:36 08/06 - registro 18:13
73
Figura 7.8.a - Comparativo entre os registros 17:41 e 18:21 de 08/06/04, nacomponente vertical, a partir de retardos com tempos nominais de 250 ms.Os valores observados foram de 251,4 ms e 250,9 ms, respectivamente.
Figura 7.8.b - Detalhe da figura 7.8.a.
Figura 7.8.c - Detalhe da figura 7.8.a.
-3
-2
-1
0
1
2
3
-0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
08/06 - registro 17:41 08/06 - registro 18:21
-1
-0,5
0
0,5
1
-0,010 0,000 0,010 0,020
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
08/06 - registro 17:41 08/06 - registro 18:21
-4
-2
0
2
4
0,240 0,250 0,260 0,270
tempo (s)
velo
cida
de d
e pa
rtíc
ula
(mm
/s)
08/06 - registro 17:41 08/06 - registro 18:21
74
Figura 7.9.a - Comparativo entre os registros 18:04, 18:17 e 18:22 de 19/06/04,na componente vertical, a partir de retardos com tempos nominais de 250 ms.Os valores observados foram de 260,3 ms, 241,7 ms e 250,5 ms, respectivamente.
Figura 7.9.b - Detalhe da figura 7.9.a.
Figura 7.9.c - Detalhe da figura 7.9.a.
-9
-6
-3
0
3
6
-0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
tempo (s)
Vel
ocid
ade
de
par
tícu
la (m
m/s
)
19/06 - registro 18:04 19/06 - registro 18:1719/06 - registro 18:22
-3
0
3
6
-0,010 0,000 0,010 0,020
tempo (s)
velo
cida
de d
e p
artíc
ula
(mm
/s)
19/06 - registro 18:17 19/06 - registro 18:2219/06 - registro 18:04
-9
-6
-3
0
3
6
0,230 0,240 0,250 0,260 0,270 0,280
tempo (s)
velo
cida
de d
e p
artíc
ula
(mm
/s)
19/06 - registro 18:17 19/06 - registro 18:2219/06 - registro 18:04
75
8. Conclusões
A continuidade dos trabalhos desenvolvidos pela empresa no local objeto deste
estudo, com a manutenção dos benefícios econômicos e sociais ali gerados, vincula-se, entre outros
fatores, à qualidade do seu relacionamento com a comunidade que habita seu entorno.
Consciente dessa circunstância, a direção da empresa tem procurado integrar-se à
comunidade, participando de iniciativas de cunho social originadas em associação de moradores
existente no local.
Paralelamente a tais procedimentos procura adequar as emissões de matéria e
energia originadas no empreendimento a níveis considerados aceitáveis pela população e pelo órgão
responsável pelo controle de poluição.
Como forma de viabilizar tal intento realizou, no âmbito do controle de vibrações
geradas por operações de desmonte de rocha com a utilização de explosivos, parceria com o
Instituto de Geociências e Ciências Exatas da UNESP, Campus de Rio Claro. Em contrapartida
possibilitou o treinamento de pessoal vinculado ao Instituto nessa atividade, em local a ele próximo e
com características consideradas atrativas, dado o seu posicionamento próximo a área urbanizada.
Como resultado desta parceria, encontram-se as alterações promovidas pela
empresa aos plano de fogo executados, especificamente aquelas referentes à adequação da carga
máxima de explosivos detonada instantaneamente, ou carga máxima por espera, considerando-se a
distância entre o local da detonação e aquele a ser preservado, tendo como referência os dados
obtidos na primeira etapa de monitoramentos sismográficos. Tais alterações proporcionaram,
inegavelmente, melhorias nas condições de conforto ambiental aos moradores do conjunto
habitacional Belinha Ometto, ao procurar pautar os níveis de vibração aos limites considerados
toleráveis pelo órgão estadual de controle de poluição, de 4,2 mm/s na resultante.
Corrobora tal assertiva o fato de, enquanto na primeira etapa de monitoramentos
sismográficos cinco dos seis registros obtidos ultrapassavam tal limite na região habitada mais
próxima da área de lavra, na etapa subsequente dos dezessete registros obtidos nas mesmas
condições apenas um o ultrapassou, atingindo 4,75 milímetros por segundo na resultante. Com
duração inferior a 1 segundo, tais registros da segunda etapa, ainda que indiquem predominância de
baixas freqüências, assim consideradas aquelas menores que 30 Hertz, apresentam apenas 3 com
valores da ordem de 3 mm/s: registros 42 (2,92 mm/s) e 44 (3,56 mm/s), na componente transversal
e registro 21 (3,17 mm/s), na componente longitudinal, nesta faixa de freqüências.
76
Por outro lado, os dados obtidos indicam ser o principal fator na dispersão das
velocidades resultantes de partícula os desvios nos tempos nominais de retardo dos acessórios de
detonação utilizados. Consideradas as observações quanto ao método empregado na determinação
dos tempos de retardo de tais acessórios contidas no capítulo 7, foram observados desvios que
atingem, em relação aos tempos nominais, 22,35% nos acessórios de 17 milisegundos, 17,20% nos
de 25 milisegundos e 4,12% naqueles de 250 milisegundos.
Assim, o arranjo de elementos de retardo utilizados na iniciação da coluna de
explosivos, com tempos nominais de 250 milisegundos, dispostos de forma a detonarem 2 minas
instantaneamente, tem probabilidade de 62,5% de o fazerem em intervalo igual ou superior a sete
milisegundos. Em fogos configurados de forma que suas minas detonem individualmente, utilizando
tais acessórios em conjunto com aqueles utilizados na ligação entre minas com tempos nominais de
17 milisegundos, existe a possibilidade de ocorrência de superposição de efeitos de detonação de
minas e mesmo a de inversão na seqüência de detonação em relação àquela esperada.
Uma vez que 5 dos sete registros sismográficos obtidos na segunda etapa de
monitoramentos que ultrapassaram os valores previstos através da equação de máxima energia
definida a partir dos dados provenientes da primeira contemplavam tal configuração, é razoável
atribuir sua causa aos desvios nos tempos de retardo.
A partir do exposto, tem-se como imprópria a utilização conjunta de elementos de
retardo com tempos nominais de 17 milisegundos na conexão entre minas e de 250 milisegundos na
iniciação da coluna de explosivos, bem como a elaboração de planos de fogo que contemplem
intervalos de tempo entre a detonação de minas, ou grupo de minas, em intervalos menores que 25
milisegundos nestas condições. Sugerindo-se, ainda, no intuito de minimizar a possibilidade de
ocorrência dos efeitos anteriormente descritos, a substituição daqueles acessórios utilizados na
iniciação da coluna de explosivos, com tempos nominais de 250 milisegundos, por outros de 200
milisegundos.
Os ônus passíveis de ocorrerem como resultado dos desvios observados nos
tempos nominais dos acessórios de detonação dão-se sob os aspectos ambiental e econômico.
Sob o aspecto ambiental provocam a detonação de cargas instantâneas diferentes
daquelas calculadas para um determinado plano de fogo, podendo promover níveis de vibração
muito superiores ao previsto.
77
Sua conseqüência, em campanhas de monitoramento sismográfico que objetivem a
obtenção de equações que permitam a previsão dos níveis de vibração gerados em tais atividades,
decorre da possibilidade de adulteração dessas equações, comprometendo sua aplicação com
segurança, já que tais cargas instantâneas constituem, junto com a distância entre o local da
detonação e o ponto de interesse, a variável independente de tais equações.
Sob o aspecto econômico, o ônus decorre da possibilidade de ocorrência de
fragmentação e lançamento inadequados, podendo ainda causar excessivos danos ao maciço
remanescente, com suas conseqüências aos desmontes subsequentes.
No caso específico do local enfocado, a aplicação da equação obtida a partir do
conjunto de dados das duas etapas de monitoramento (eq. 6.4) no intuito de atender aos
parâmetros estabelecidos pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental comprometeria
seriamente a continuidade dos trabalhos de lavra nas regiões mais próximas à área habitada, com
possível imobilização de parte da reserva mineral nela existente, dadas as restrições dela
decorrentes em relação à carga máxima de explosivo a ser detonada instantaneamente.
A partir de tais considerações desenvolveram-se equações de atenuação e de
máxima energia, a partir dos dados obtidos em registros sismográficos de operações de desmonte
de rocha cujos planos de fogo previam intervalos de detonação entre minas, detonadas
isoladamente, de 25 milisegundos. Em situação que minimizam os efeitos dos desvios dos tempos
dos elementos de retardo, compreendem-se 3 planos de fogo monitorados na primeira etapa e 5 na
segunda, com 5 e 7 registros sismográficos, respectivamente, tais equações são assim expressas:
- equação de atenuação v = 36.003,11 x DE -1,936 .......... (eq. 8.1)
- equação de máxima energia vmax = 53.153,35 x DE-1,936 .......... (eq. 8.2)
Com DE, ou distância escalonada, obtida através do critério de Ambrasseys e Hendron (op.cit.),
uma vez que os coeficientes de correlação encontrados foram:
critério de Devine (op.cit.): -0,971;
critério de Langefors e Kihlström (op.cit.): 0,975;
critério de Ambrasseys e Hendron (op.cit.): -0,977;
com v e vmax em milímetros por segundo, distância em metros e carga máxima de explosivos por
espera em quilogramas.
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A equação de máxima energia é ligeiramente mais restritiva que aquela obtida a
partir dos dados da a primeira etapa de monitoramentos, considerando-se sua faixa de utilização, e
cujo emprego, observadas as sugestões propostas, recomendamos.
O ábaco a seguir, figura 8.1, construído a partir das equações de máxima energia,
equações 6.2, 6.4 e 8.2, prevendo velocidade máxima de partícula na resultante de 4,2 mm/s,
permite análise comparativa das cargas máximas de explosivos passíveis de serem detonadas
instantaneamente, ou carga máxima por espera, considerando-se a distância existente entre o local
da detonação e o local a ser preservado.
Figura 8.1 - Ábaco distância versus carga máxima por espera.
A manutenção do programa de monitoramentos sismográficos por parte da
empresa, com a utilização em seus planos de fogo de acessórios de detonação com os tempos
sugeridos permitirão a sua validação, além de propiciar o aperfeiçoamento de suas operações com a
análise de eventuais variações no comportamento das vibrações, considerando-se as diferentes
litologias em que as perturbações foram geradas, bem como as direções de propagação,
sofisticação impraticável nas condições observadas.
Finalmente considera-se que adoção de medidas, por parte da empresa, que visem
ao controle de qualidade dos produtos adquiridos, com ênfase aos elementos de retardo, são de
fundamental importância para o aprimoramento das operações de desmonte de rocha ali
desenvolvidas.
0102030405060708090
100110120130
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650
Distancia (m)
Ca
rga
ma
xim
a p
or
es
pe
ra
(kg
)
equação 6.2 equação 6.4 equação 8.2
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9 - Referências Bibliográficas
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ANEXO I
Mapa de Localização das Detonações e Pontos de Monitoramento Sismográfico
ANEXO II
Planos de Fogo
ANEXO III
Registros Sismográficos - Planos de fogo
ANEXO IV
Registros Sismográficos - Tempos de retardo
